Isikan borang di bawah dan kami akan menghantar e-mel kepada anda versi PDF "Peningkatan teknologi baharu untuk menukar karbon dioksida kepada bahan api cecair"
Karbon dioksida (CO2) adalah hasil daripada pembakaran bahan api fosil dan gas rumah hijau yang paling biasa, yang boleh ditukar kembali kepada bahan api yang berguna dengan cara yang mampan. Satu cara yang menjanjikan untuk menukar pelepasan CO2 kepada bahan suapan bahan api ialah proses yang dipanggil pengurangan elektrokimia. Tetapi untuk berdaya maju secara komersial, proses itu perlu dipertingkatkan untuk memilih atau menghasilkan lebih banyak produk kaya karbon yang dikehendaki. Kini, seperti yang dilaporkan dalam jurnal Nature Energy, Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) telah membangunkan kaedah baharu untuk memperbaiki permukaan pemangkin kuprum yang digunakan untuk tindak balas tambahan, dengan itu meningkatkan selektiviti proses.
"Walaupun kita tahu bahawa tembaga adalah pemangkin terbaik untuk tindak balas ini, ia tidak memberikan selektiviti tinggi untuk produk yang diingini, " kata Alexis, seorang saintis kanan di Jabatan Sains Kimia di Berkeley Lab dan seorang profesor kejuruteraan kimia di Universiti dari California, Berkeley. Eja berkata. "Pasukan kami mendapati bahawa anda boleh menggunakan persekitaran tempatan pemangkin untuk melakukan pelbagai helah untuk memberikan pemilihan jenis ini."
Dalam kajian terdahulu, penyelidik telah menetapkan syarat yang tepat untuk menyediakan persekitaran elektrik dan kimia yang terbaik untuk mencipta produk kaya karbon dengan nilai komersial. Tetapi keadaan ini bertentangan dengan keadaan yang secara semula jadi berlaku dalam sel bahan api biasa menggunakan bahan konduktif berasaskan air.
Untuk menentukan reka bentuk yang boleh digunakan dalam persekitaran air sel bahan api, sebagai sebahagian daripada projek Pusat Inovasi Tenaga Perikatan Sinar Matahari Cecair Kementerian Tenaga, Bell dan pasukannya beralih kepada lapisan ionomer nipis, yang membolehkan pengecasan tertentu. molekul (ion) untuk dilalui. Kecualikan ion lain. Oleh kerana sifat kimianya yang sangat selektif, ia amat sesuai untuk mempunyai kesan yang kuat terhadap persekitaran mikro.
Chanyeon Kim, seorang penyelidik pasca doktoral dalam kumpulan Bell dan pengarang pertama kertas itu, mencadangkan untuk melapisi permukaan pemangkin kuprum dengan dua ionomer biasa, Nafion dan Sustainion. Pasukan itu membuat hipotesis bahawa berbuat demikian harus mengubah persekitaran berhampiran pemangkin-termasuk pH dan jumlah air dan karbon dioksida-dalam beberapa cara untuk mengarahkan tindak balas untuk menghasilkan produk kaya karbon yang boleh ditukar dengan mudah kepada bahan kimia yang berguna. Produk dan bahan api cecair.
Para penyelidik menggunakan lapisan nipis setiap ionomer dan lapisan berganda dua ionomer pada filem tembaga yang disokong oleh bahan polimer untuk membentuk filem, yang boleh mereka masukkan berhampiran satu hujung sel elektrokimia berbentuk tangan. Apabila menyuntik karbon dioksida ke dalam bateri dan menggunakan voltan, mereka mengukur jumlah arus yang mengalir melalui bateri. Kemudian mereka mengukur gas dan cecair yang terkumpul dalam takungan bersebelahan semasa tindak balas. Untuk kes dua lapisan, mereka mendapati bahawa produk kaya karbon menyumbang 80% daripada tenaga yang digunakan oleh tindak balas-lebih tinggi daripada 60% dalam kes tidak bersalut.
"Salutan sandwic ini memberikan yang terbaik dari kedua-dua dunia: selektiviti produk yang tinggi dan aktiviti tinggi," kata Bell. Permukaan dua lapisan bukan sahaja baik untuk produk kaya karbon, tetapi juga menjana arus yang kuat pada masa yang sama, menunjukkan peningkatan dalam aktiviti.
Para penyelidik menyimpulkan bahawa tindak balas yang lebih baik adalah hasil daripada kepekatan CO2 yang tinggi terkumpul dalam salutan terus di atas tembaga. Selain itu, molekul bercas negatif yang terkumpul di kawasan antara dua ionomer akan menghasilkan keasidan tempatan yang lebih rendah. Gabungan ini mengimbangi pertukaran kepekatan yang cenderung berlaku tanpa ketiadaan filem ionomer.
Untuk meningkatkan lagi kecekapan tindak balas, para penyelidik beralih kepada teknologi yang telah terbukti sebelum ini yang tidak memerlukan filem ionomer sebagai kaedah lain untuk meningkatkan CO2 dan pH: voltan berdenyut. Dengan menggunakan voltan berdenyut pada salutan ionomer dua lapisan, para penyelidik mencapai peningkatan 250% dalam produk kaya karbon berbanding dengan kuprum tidak bersalut dan voltan statik.
Walaupun sesetengah penyelidik menumpukan kerja mereka pada pembangunan pemangkin baharu, penemuan pemangkin tidak mengambil kira keadaan operasi. Mengawal persekitaran pada permukaan pemangkin adalah kaedah baharu dan berbeza.
"Kami tidak menghasilkan pemangkin yang benar-benar baru, tetapi menggunakan pemahaman kami tentang kinetik tindak balas dan menggunakan pengetahuan ini untuk membimbing kami dalam berfikir tentang cara mengubah persekitaran tapak pemangkin," kata Adam Weber, seorang jurutera kanan. Para saintis dalam bidang teknologi tenaga di Makmal Berkeley dan pengarang bersama kertas kerja.
Langkah seterusnya ialah mengembangkan pengeluaran pemangkin bersalut. Eksperimen awal pasukan Lab Berkeley melibatkan sistem model rata kecil, yang jauh lebih mudah daripada struktur berliang kawasan besar yang diperlukan untuk aplikasi komersial. “Tidak sukar untuk menggunakan salutan pada permukaan yang rata. Tetapi kaedah komersil mungkin melibatkan salutan bola tembaga kecil, "kata Bell. Menambah lapisan kedua salutan menjadi mencabar. Satu kemungkinan adalah untuk mencampurkan dan mendepositkan kedua-dua salutan bersama-sama dalam pelarut, dan berharap ia terpisah apabila pelarut tersejat. Bagaimana jika mereka tidak melakukannya? Bell membuat kesimpulan: "Kita hanya perlu menjadi lebih bijak." Rujuk Kim C, Bui JC, Luo X dan lain-lain. Persekitaran mikro pemangkin tersuai untuk pengurangan elektro CO2 kepada produk berbilang karbon menggunakan salutan ionomer dua lapisan pada kuprum. Tenaga Nat. 2021;6(11):1026-1034. doi:10.1038/s41560-021-00920-8
Artikel ini diterbitkan semula daripada bahan berikut. Nota: Bahan mungkin telah diedit untuk panjang dan kandungan. Untuk maklumat lanjut, sila hubungi sumber yang dipetik.
Masa siaran: Nov-22-2021
