Isi borang di bawah dan kami akan menghantar e -mel kepada anda versi PDF "Penambahbaikan Teknologi Baru untuk Menukar Karbon Dioksida menjadi Bahan Bakar Cecair"
Karbon dioksida (CO2) adalah produk bahan api fosil yang membakar dan gas rumah hijau yang paling biasa, yang boleh ditukar kembali ke dalam bahan api yang berguna dengan cara yang mampan. Satu cara yang menjanjikan untuk menukar pelepasan CO2 ke dalam bahan bakar bahan bakar adalah proses yang dipanggil pengurangan elektrokimia. Tetapi untuk menjadi berdaya maju secara komersil, proses itu perlu diperbaiki untuk memilih atau menghasilkan produk yang kaya dengan karbon yang dikehendaki. Sekarang, seperti yang dilaporkan dalam jurnal Nature Energy, Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) telah membangunkan kaedah baru untuk meningkatkan permukaan pemangkin tembaga yang digunakan untuk reaksi tambahan, dengan itu meningkatkan selektiviti proses.
"Walaupun kita tahu bahawa tembaga adalah pemangkin terbaik untuk tindak balas ini, ia tidak memberikan selektiviti yang tinggi untuk produk yang dikehendaki," kata Alexis, seorang saintis kanan di Jabatan Sains Kimia di Berkeley Lab dan seorang profesor kejuruteraan kimia di University of California, Berkeley. Ejaan berkata. "Pasukan kami mendapati bahawa anda boleh menggunakan persekitaran tempatan pemangkin untuk melakukan pelbagai cara untuk menyediakan selektiviti semacam ini."
Dalam kajian terdahulu, penyelidik telah menubuhkan syarat-syarat yang tepat untuk menyediakan persekitaran elektrik dan kimia yang terbaik untuk mewujudkan produk kaya karbon dengan nilai komersial. Tetapi keadaan ini bertentangan dengan keadaan yang secara semulajadi berlaku dalam sel-sel bahan bakar biasa menggunakan bahan konduktif berasaskan air.
Untuk menentukan reka bentuk yang boleh digunakan dalam persekitaran air sel bahan bakar, sebagai sebahagian daripada projek Pusat Inovasi Tenaga Perikatan Sunshine Cecair Kementerian Tenaga, Bell dan pasukannya beralih kepada lapisan ionomer yang nipis, yang membolehkan molekul -molekul tertentu (ion) melewati. Tidak termasuk ion lain. Oleh kerana sifat kimia mereka yang sangat selektif, mereka sangat sesuai untuk memberi impak yang kuat terhadap persekitaran mikro.
Chanyeon Kim, penyelidik pasca doktoral dalam kumpulan Bell dan pengarang pertama kertas itu, yang dicadangkan untuk melapisi permukaan pemangkin tembaga dengan dua ionomer biasa, Nafion dan lesturan. Pasukan hipotesis yang berbuat demikian harus mengubah persekitaran di dekat pemangkin-termasuk pH dan jumlah air dan karbon dioksida-dalam beberapa cara untuk mengarahkan reaksi untuk menghasilkan produk kaya karbon yang dapat dengan mudah diubah menjadi bahan kimia yang berguna. Produk dan bahan api cecair.
Para penyelidik menggunakan lapisan nipis setiap ionomer dan lapisan ganda dua ionomer ke filem tembaga yang disokong oleh bahan polimer untuk membentuk sebuah filem, yang mereka dapat memasukkan berhampiran satu hujung sel elektrokimia berbentuk tangan. Apabila menyuntik karbon dioksida ke dalam bateri dan memohon voltan, mereka mengukur jumlah arus yang mengalir melalui bateri. Kemudian mereka mengukur gas dan cecair yang dikumpulkan di takungan bersebelahan semasa reaksi. Bagi kes dua lapisan, mereka mendapati bahawa produk kaya karbon menyumbang 80% daripada tenaga yang digunakan oleh reaksi-lebih tinggi daripada 60% dalam kes yang tidak bersalut.
"Lapisan sandwic ini menyediakan yang terbaik dari kedua -dua dunia: selektiviti produk yang tinggi dan aktiviti yang tinggi," kata Bell. Permukaan dua lapisan bukan sahaja baik untuk produk kaya karbon, tetapi juga menghasilkan arus yang kuat pada masa yang sama, menunjukkan peningkatan aktiviti.
Para penyelidik menyimpulkan bahawa tindak balas yang lebih baik adalah hasil kepekatan CO2 yang tinggi yang terkumpul di salutan secara langsung di atas tembaga. Di samping itu, molekul yang dikenakan secara negatif yang terkumpul di rantau ini di antara kedua -dua ionomer akan menghasilkan keasidan tempatan yang lebih rendah. Gabungan ini mengimbangi kepekatan perdagangan yang cenderung berlaku tanpa adanya filem ionomer.
Untuk meningkatkan kecekapan tindak balas, para penyelidik beralih kepada teknologi yang terbukti sebelum ini yang tidak memerlukan filem ionomer sebagai kaedah lain untuk meningkatkan CO2 dan pH: voltan berdenyut. Dengan menggunakan voltan berdenyut ke salutan ionomer dua lapisan, para penyelidik mencapai peningkatan 250% dalam produk kaya karbon berbanding dengan tembaga dan voltan statik yang tidak bersalut.
Walaupun sesetengah penyelidik memfokuskan kerja mereka terhadap pembangunan pemangkin baru, penemuan pemangkin tidak mengambil kira keadaan operasi. Mengawal alam sekitar di permukaan pemangkin adalah kaedah yang baru dan berbeza.
"Kami tidak menghasilkan pemangkin yang baru, tetapi menggunakan pemahaman kami tentang kinetik reaksi dan menggunakan pengetahuan ini untuk membimbing kami dalam memikirkan bagaimana mengubah persekitaran tapak pemangkin," kata Adam Weber, seorang jurutera kanan. Para saintis dalam bidang teknologi tenaga di Berkeley Laboratories dan pengarang bersama kertas.
Langkah seterusnya adalah untuk mengembangkan pengeluaran pemangkin bersalut. Eksperimen awal pasukan Berkeley Lab melibatkan sistem model rata kecil, yang jauh lebih mudah daripada struktur berliang kawasan besar yang diperlukan untuk aplikasi komersil. "Ia tidak sukar untuk memohon salutan di permukaan rata, tetapi kaedah komersil mungkin melibatkan bola tembaga kecil," kata Bell. Menambah lapisan kedua salutan menjadi mencabar. Satu kemungkinan adalah untuk mencampur dan mendepositkan kedua -dua salutan bersama -sama dalam pelarut, dan berharap mereka memisahkan apabila pelarut menguap. Bagaimana jika mereka tidak? Bell menyimpulkan: "Kami hanya perlu lebih bijak." Rujuk kepada Kim C, Bui JC, Luo X dan lain -lain. Kawasan mikro pemangkin yang disesuaikan untuk pengurangan elektro CO2 kepada produk multi-karbon menggunakan salutan ionomer dua lapisan pada tembaga. Tenaga NAT. 2021; 6 (11): 1026-1034. doi: 10.1038/s41560-021-00920-8
Artikel ini diterbitkan semula dari bahan berikut. Nota: Bahan mungkin telah diedit untuk panjang dan kandungan. Untuk maklumat lanjut, sila hubungi sumber yang dipetik.
Masa Post: Nov-22-2021
