Punan ang form sa ibaba at ipapadala namin sa iyo sa pamamagitan ng email ang PDF na bersyon ng “Mga bagong pagpapabuti sa teknolohiya upang gawing likidong panggatong ang carbon dioxide”
Ang carbon dioxide (CO2) ay produkto ng pagsunog ng mga fossil fuel at ang pinakakaraniwang greenhouse gas, na maaaring ibalik sa mga kapaki-pakinabang na fuel sa isang napapanatiling paraan. Ang isang promising na paraan upang i-convert ang mga emisyon ng CO2 sa feedstock ng gasolina ay isang prosesong tinatawag na electrochemical reduction. Ngunit upang maging komersyal na mabubuhay, ang proseso ay kailangang mapabuti upang pumili o makagawa ng mas ninanais na mga produktong mayaman sa carbon. Ngayon, gaya ng iniulat sa journal na Nature Energy, ang Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) ay nakabuo ng isang bagong pamamaraan upang mapabuti ang ibabaw ng copper catalyst na ginagamit para sa auxiliary reaction, sa gayon ay pinapataas ang selectivity ng proseso.
“Bagama't alam natin na ang tanso ang pinakamahusay na katalista para sa reaksyong ito, hindi ito nagbibigay ng mataas na selektibidad para sa ninanais na produkto,” sabi ni Alexis, isang senior scientist sa Department of Chemical Sciences sa Berkeley Lab at isang propesor ng chemical engineering sa University of California, Berkeley. Sabi ni Spell. “Natuklasan ng aming koponan na maaari mong gamitin ang lokal na kapaligiran ng katalista upang gumawa ng iba't ibang mga trick upang maibigay ang ganitong uri ng selektibidad.”
Sa mga nakaraang pag-aaral, ang mga mananaliksik ay nakapagtatag ng mga tiyak na kondisyon upang makapagbigay ng pinakamahusay na kapaligirang elektrikal at kemikal para sa paglikha ng mga produktong mayaman sa carbon na may komersyal na halaga. Ngunit ang mga kondisyong ito ay salungat sa mga kondisyong natural na nangyayari sa mga karaniwang fuel cell na gumagamit ng mga materyales na konduktibo na nakabatay sa tubig.
Upang matukoy ang disenyo na maaaring gamitin sa kapaligirang may tubig na gawa sa fuel cell, bilang bahagi ng proyektong Energy Innovation Center ng Liquid Sunshine Alliance ng Ministry of Energy, ginamit ni Bell at ng kanyang pangkat ang isang manipis na patong ng ionomer, na nagpapahintulot sa ilang partikular na charged molecules (ions) na dumaan. Hindi kasama ang iba pang mga ions. Dahil sa kanilang lubos na mapiling mga kemikal na katangian, ang mga ito ay partikular na angkop para sa pagkakaroon ng malakas na epekto sa microenvironment.
Si Chanyeon Kim, isang postdoctoral researcher sa Bell group at ang unang may-akda ng papel, ay nagmungkahi na pahiran ang ibabaw ng mga copper catalyst ng dalawang karaniwang ionomer, ang Nafion at Sustainion. Ipinalagay ng pangkat na ang paggawa nito ay dapat magbago sa kapaligiran malapit sa catalyst—kabilang ang pH at ang dami ng tubig at carbon dioxide—sa ilang paraan upang idirekta ang reaksyon upang makagawa ng mga produktong mayaman sa carbon na madaling ma-convert sa mga kapaki-pakinabang na kemikal. Mga Produkto at likidong panggatong.
Naglagay ang mga mananaliksik ng manipis na patong ng bawat ionomer at isang dobleng patong ng dalawang ionomer sa isang pelikulang tanso na sinusuportahan ng isang materyal na polimer upang bumuo ng isang pelikula, na maaari nilang ipasok malapit sa isang dulo ng isang hugis-kamay na electrochemical cell. Nang mag-iniksyon ng carbon dioxide sa baterya at maglapat ng boltahe, sinukat nila ang kabuuang kuryenteng dumadaloy sa baterya. Pagkatapos ay sinukat nila ang gas at likidong nakolekta sa katabing reservoir habang nagaganap ang reaksyon. Para sa two-layer case, natuklasan nila na ang mga produktong mayaman sa carbon ay bumubuo sa 80% ng enerhiyang nakonsumo ng reaksyon—mas mataas sa 60% sa uncoated case.
“Ang sandwich coating na ito ay nagbibigay ng pinakamahusay sa parehong mundo: mataas na selektibidad ng produkto at mataas na aktibidad,” sabi ni Bell. Ang double-layer na ibabaw ay hindi lamang mabuti para sa mga produktong mayaman sa carbon, kundi nakakabuo rin ng malakas na kuryente kasabay nito, na nagpapahiwatig ng pagtaas ng aktibidad.
Napagpasyahan ng mga mananaliksik na ang pinabuting tugon ay resulta ng mataas na konsentrasyon ng CO2 na naipon sa patong na direktang nasa ibabaw ng tanso. Bukod pa rito, ang mga molekulang may negatibong karga na naipon sa rehiyon sa pagitan ng dalawang ionomer ay magbubunga ng mas mababang lokal na kaasiman. Binabawi ng kombinasyong ito ang mga kompromiso sa konsentrasyon na kadalasang nangyayari sa kawalan ng mga pelikulang ionomer.
Upang higit pang mapabuti ang kahusayan ng reaksyon, bumaling ang mga mananaliksik sa isang dati nang napatunayang teknolohiya na hindi nangangailangan ng ionomer film bilang isa pang paraan upang mapataas ang CO2 at pH: ang pulsed voltage. Sa pamamagitan ng paglalapat ng pulsed voltage sa double-layer ionomer coating, nakamit ng mga mananaliksik ang 250% na pagtaas sa mga produktong mayaman sa carbon kumpara sa uncoated copper at static voltage.
Bagama't itinutuon ng ilang mananaliksik ang kanilang trabaho sa pagbuo ng mga bagong katalista, ang pagtuklas ng katalista ay hindi isinasaalang-alang ang mga kondisyon ng pagpapatakbo. Ang pagkontrol sa kapaligiran sa ibabaw ng katalista ay isang bago at kakaibang pamamaraan.
“Hindi kami nakaisip ng isang ganap na bagong katalista, ngunit ginamit namin ang aming pag-unawa sa kinetika ng reaksyon at ginamit ang kaalamang ito upang gabayan kami sa pag-iisip kung paano baguhin ang kapaligiran ng lugar ng katalista,” sabi ni Adam Weber, isang senior engineer. Mga siyentipiko sa larangan ng teknolohiya ng enerhiya sa Berkeley Laboratories at kapwa may-akda ng mga papel.
Ang susunod na hakbang ay ang pagpapalawak ng produksyon ng mga coated catalyst. Ang mga paunang eksperimento ng pangkat ng Berkeley Lab ay kinasangkutan ng maliliit na flat model system, na mas simple kaysa sa mga malalaking porous na istruktura na kinakailangan para sa mga komersyal na aplikasyon. "Hindi mahirap maglagay ng patong sa isang patag na ibabaw. Ngunit ang mga komersyal na pamamaraan ay maaaring may kinalaman sa pagpapatong ng maliliit na bolang tanso," sabi ni Bell. Ang pagdaragdag ng pangalawang patong ng patong ay nagiging mahirap. Ang isang posibilidad ay ang paghaluin at pagdeposito ng dalawang patong nang magkasama sa isang solvent, at umasa na maghihiwalay ang mga ito kapag sumingaw ang solvent. Paano kung hindi? Ang konklusyon ni Bell: "Kailangan lang nating maging mas matalino." Sumangguni kina Kim C, Bui JC, Luo X at iba pa. Customized catalyst microenvironment para sa electro-reduction ng CO2 sa mga produktong multi-carbon gamit ang double-layer ionomer coating sa tanso. Nat Energy. 2021;6(11):1026-1034. doi:10.1038/s41560-021-00920-8
Ang artikulong ito ay hinango mula sa sumusunod na materyal. Paalala: Ang materyal ay maaaring na-edit dahil sa haba at nilalaman. Para sa karagdagang impormasyon, mangyaring makipag-ugnayan sa binanggit na pinagmulan.
Oras ng pag-post: Nob-22-2021
