Aşağıdaki formu doldurun ve size “Karbondioksiti sıvı yakıta dönüştürmek için yeni teknoloji iyileştirmeleri” kitabının PDF versiyonunu e-postayla gönderelim.
Karbondioksit (CO2), fosil yakıtların yakılmasının ürünüdür ve en yaygın sera gazıdır ve sürdürülebilir bir şekilde tekrar faydalı yakıtlara dönüştürülebilir. CO2 emisyonlarını yakıt hammaddesine dönüştürmenin umut verici bir yolu, elektrokimyasal indirgeme adı verilen bir süreçtir. Ancak ticari olarak uygulanabilir olması için, karbon açısından zengin ürünlerin daha fazla seçilmesi veya üretilmesi için prosesin iyileştirilmesi gerekmektedir. Nature Energy dergisinde bildirildiği üzere Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı (Berkeley Lab), yardımcı reaksiyon için kullanılan bakır katalizörünün yüzeyini iyileştirmek ve böylece sürecin seçiciliğini artırmak için yeni bir yöntem geliştirdi.
Berkeley Laboratuvarı Kimya Bilimleri Bölümü'nde kıdemli bir bilim adamı ve üniversitede kimya mühendisliği profesörü olan Alexis, "Bakırın bu reaksiyon için en iyi katalizör olduğunu bilmemize rağmen, istenen ürün için yüksek seçicilik sağlamaz" dedi. Kaliforniya, Berkeley. dedi Spell. "Ekibimiz, bu tür bir seçicilik sağlamak amacıyla çeşitli hileler yapmak için katalizörün yerel ortamını kullanabileceğinizi buldu."
Daha önceki çalışmalarda araştırmacılar, ticari değeri olan, karbon açısından zengin ürünler yaratmak için en iyi elektriksel ve kimyasal ortamı sağlayacak kesin koşullar oluşturmuştu. Ancak bu koşullar, su bazlı iletken malzemelerin kullanıldığı tipik yakıt hücrelerinde doğal olarak oluşan koşullara aykırıdır.
Yakıt hücresi su ortamında kullanılabilecek tasarımı belirlemek amacıyla Enerji Bakanlığı Liquid Sunshine Alliance'ın Enerji İnovasyon Merkezi projesi kapsamında Bell ve ekibi, belirli yüklü iyonomerlerin kullanılmasını sağlayan ince bir iyonomer tabakasına yöneldi. içinden geçecek moleküller (iyonlar). Diğer iyonları hariç tutun. Oldukça seçici kimyasal özellikleri nedeniyle, mikro çevre üzerinde güçlü bir etkiye sahip olmak için özellikle uygundurlar.
Bell grubunda doktora sonrası araştırmacı ve makalenin ilk yazarı Chanyeon Kim, bakır katalizörlerin yüzeyini iki yaygın iyonomer olan Nafion ve Sustainion ile kaplamayı önerdi. Ekip, bunun, katalizörün yakınındaki ortamı (pH, su ve karbondioksit miktarı da dahil olmak üzere) değiştirmesi gerektiğini ve reaksiyonu bir şekilde yararlı kimyasallara kolayca dönüştürülebilen karbon açısından zengin ürünler üretecek şekilde yönlendirmesi gerektiğini öne sürdü. Ürünler ve sıvı yakıtlar.
Araştırmacılar, el şeklindeki bir elektrokimyasal hücrenin bir ucuna yakın bir yere yerleştirebilecekleri bir film oluşturmak için, her bir iyonomerden ince bir tabaka ve iki iyonomerden oluşan çift tabakayı, bir polimer malzeme tarafından desteklenen bir bakır filme uyguladılar. Aküye karbondioksit enjekte edip voltaj uygularken aküden akan toplam akımı ölçtüler. Daha sonra reaksiyon sırasında bitişikteki rezervuarda toplanan gaz ve sıvıyı ölçtüler. İki katmanlı durumda, karbon açısından zengin ürünlerin, reaksiyonda tüketilen enerjinin %80'ini oluşturduğunu buldular; bu oran, kaplanmamış durumda %60'tan yüksektir.
Bell, "Bu sandviç kaplama her iki dünyanın da en iyisini sunuyor: yüksek ürün seçiciliği ve yüksek aktivite" dedi. Çift katmanlı yüzey, yalnızca karbon açısından zengin ürünler için iyi olmakla kalmıyor, aynı zamanda aktivitede bir artışa işaret eden güçlü bir akım da üretiyor.
Araştırmacılar, geliştirilmiş tepkinin, doğrudan bakırın üzerinde kaplamada biriken yüksek CO2 konsantrasyonunun sonucu olduğu sonucuna vardı. Ek olarak, iki iyonomer arasındaki bölgede biriken negatif yüklü moleküller daha düşük lokal asitlik üretecektir. Bu kombinasyon, iyonomer filmlerin yokluğunda meydana gelme eğilimi gösteren konsantrasyon değişimlerini dengeler.
Reaksiyonun verimliliğini daha da artırmak için araştırmacılar, CO2 ve pH'ı artırmanın başka bir yöntemi olarak iyonomer film gerektirmeyen, daha önce kanıtlanmış bir teknolojiye yöneldiler: darbeli voltaj. Araştırmacılar, çift katmanlı iyonomer kaplamaya darbeli voltaj uygulayarak, kaplanmamış bakır ve statik voltajla karşılaştırıldığında karbon açısından zengin ürünlerde %250'lik bir artış elde etti.
Bazı araştırmacılar çalışmalarını yeni katalizörlerin geliştirilmesi üzerine yoğunlaştırsa da, katalizörün keşfi çalışma koşullarını hesaba katmıyor. Katalizör yüzeyinde ortamın kontrol edilmesi yeni ve farklı bir yöntemdir.
Kıdemli mühendis Adam Weber, "Tamamen yeni bir katalizör bulamadık, ancak reaksiyon kinetiği anlayışımızı kullandık ve bu bilgiyi, katalizör alanının ortamını nasıl değiştireceğimizi düşünürken bize rehberlik etmesi için kullandık" dedi. Berkeley Laboratuvarlarında enerji teknolojisi alanında çalışan bilim insanları ve makalelerin ortak yazarı.
Bir sonraki adım, kaplanmış katalizörlerin üretimini genişletmektir. Berkeley Laboratuvarı ekibinin ön deneyleri, ticari uygulamalar için gereken geniş alanlı gözenekli yapılardan çok daha basit olan küçük düz model sistemleri içeriyordu. “Düz bir yüzeye kaplama uygulamak zor değil. Ancak ticari yöntemler küçük bakır topların kaplanmasını içerebilir” dedi Bell. İkinci bir kaplama katmanı eklemek zorlaşır. Bir olasılık, iki kaplamayı bir solvent içinde karıştırıp biriktirmek ve solvent buharlaştığında ayrılmalarını ummaktır. Ya yapmazlarsa? Bell şu sonuca vardı: "Sadece daha akıllı olmamız gerekiyor." Kim C, Bui JC, Luo X ve diğerlerine bakın. Bakır üzerinde çift katmanlı iyonomer kaplama kullanılarak CO2'nin çok karbonlu ürünlere elektro-indirgenmesi için özelleştirilmiş katalizör mikro ortamı. Nat Enerji. 2021;6(11):1026-1034. doi:10.1038/s41560-021-00920-8
Bu makale aşağıdaki materyalden çoğaltılmıştır. Not: Materyal uzunluk ve içerik açısından düzenlenmiş olabilir. Daha fazla bilgi için lütfen belirtilen kaynakla iletişime geçin.
Gönderim zamanı: 22 Kasım 2021
