Aşağıdaki formu doldurun, size "Karbondioksiti sıvı yakıta dönüştürmek için yeni teknolojik gelişmeler"in PDF sürümünü e-postayla gönderelim
Karbondioksit (CO2), fosil yakıtların ve en yaygın sera gazının yanan ürünüdür ve sürdürülebilir bir şekilde tekrar yararlı yakıtlara dönüştürülebilir.CO2 emisyonlarını yakıt hammaddesine dönüştürmenin umut verici bir yolu, elektrokimyasal indirgeme adı verilen bir süreçtir.Ancak ticari olarak uygulanabilir olması için, daha fazla arzu edilen karbon açısından zengin ürünleri seçmek veya üretmek için sürecin iyileştirilmesi gerekir.Şimdi, Nature Energy dergisinde bildirildiği üzere, Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı (Berkeley Lab), yardımcı reaksiyon için kullanılan bakır katalizörün yüzeyini iyileştirmek ve böylece işlemin seçiciliğini artırmak için yeni bir yöntem geliştirdi.
Berkeley Lab 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 sağlamıyor" dedi. Kaliforniya, Berkeley.Büyü dedi."Ekibimiz, bu tür bir seçicilik sağlamak için çeşitli hileler yapmak için katalizörün yerel ortamını kullanabileceğinizi keşfetti."
Önceki çalışmalarda, araştırmacılar, ticari değeri olan karbon açısından zengin ürünler oluşturmak için en iyi elektriksel ve kimyasal ortamı sağlamak için kesin koşullar oluşturmuşlardır.Ancak bu koşullar, su bazlı iletken malzemeler kullanan tipik yakıt hücrelerinde doğal olarak oluşan koşullara aykırıdır.
Enerji Bakanlığı'na bağlı Liquid Sunshine Alliance'ın Energy Innovation Center projesi kapsamında yakıt hücresi su ortamında kullanılabilecek tasarımı belirlemek için Bell ve ekibi, belirli bir miktarda şarj edilmesini sağlayan ince bir iyonomer tabakasına yöneldi. moleküller (iyonlar) geçer.Diğer iyonları hariç tutun.Oldukça seçici kimyasal özelliklerinden dolayı, mikroçevre üzerinde güçlü bir etkiye sahip olmak için özellikle uygundurlar.
Bell grubunda doktora sonrası araştırmacı ve makalenin ilk yazarı olan Chanyeon Kim, bakır katalizörlerin yüzeyini iki yaygın iyonomer olan Nafion ve Sustainion ile kaplamayı önerdi.Ekip, bunu yapmanın, reaksiyonu bir şekilde kolayca faydalı kimyasallara dönüştürülebilen karbon açısından zengin ürünler üretmeye yönlendirmek için katalizörün yakınındaki ortamı (pH ve su ve karbondioksit miktarı dahil) değiştirmesi gerektiğini varsaydı.Ürünler ve sıvı yakıtlar.
Araştırmacılar, el şeklindeki bir elektrokimyasal hücrenin bir ucunun yakınına yerleştirebilecekleri bir film oluşturmak için bir polimer malzeme ile desteklenen bir bakır filme her bir iyonomerden ince bir tabaka ve iki iyonomerden oluşan çift bir tabaka uyguladılar.Bataryaya karbondioksit enjekte ederken ve voltaj uygularken, bataryadan akan toplam akımı ölçtüler.Daha sonra reaksiyon sırasında bitişik rezervuarda toplanan gaz ve sıvıyı ölçtüler.İki katmanlı durum için, karbon açısından zengin ürünlerin reaksiyon tarafından tüketilen enerjinin %80'ini oluşturduğunu buldular - kaplanmamış durumda %60'tan daha yüksek.
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 kalmaz, aynı zamanda aktivitede bir artışa işaret eden güçlü bir akım da üretir.
Araştırmacılar, iyileştirilmiş tepkinin, doğrudan bakırın üzerindeki kaplamada biriken yüksek CO2 konsantrasyonunun sonucu olduğu sonucuna vardılar.Ek olarak, iki iyonomer arasındaki bölgede biriken negatif yüklü moleküller, daha düşük lokal asitlik üretecektir.Bu kombinasyon, iyonomer filmlerin yokluğunda meydana gelme eğiliminde olan konsantrasyon değiş tokuşlarını dengeler.
Reaksiyonun verimliliğini daha da artırmak için araştırmacılar, CO2 ve pH'ı artırmanın başka bir yöntemi olan darbeli voltaj olarak iyonomer filmi gerektirmeyen, daha önce kanıtlanmış bir teknolojiye yöneldiler.Araştırmacılar, çift katmanlı iyonomer kaplamaya darbeli voltaj uygulayarak, kaplanmamış bakır ve statik voltaja kıyasla karbon açısından zengin ürünlerde %250'lik bir artış elde etti.
Bazı araştırmacılar çalışmalarını yeni katalizörlerin geliştirilmesine odaklasalar da, katalizörün keşfi çalışma koşullarını hesaba katmaz.Katalizör yüzeyindeki ortamı kontrol etmek yeni ve farklı bir yöntemdir.
Kıdemli bir mühendis olan Adam Weber, "Tamamen yeni bir katalizör bulmadık, ancak reaksiyon kinetiği anlayışımızı kullandık ve bu bilgiyi katalizör bölgesinin ortamını nasıl değiştireceğimizi düşünürken bize rehberlik etmesi için kullandık" dedi.Berkeley Laboratories'de enerji teknolojisi alanında bilim adamları ve makalelerin ortak yazarı.
Bir sonraki adım, kaplanmış katalizörlerin üretimini genişletmektir.Berkeley Lab 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.İkinci bir kaplama katmanı eklemek zorlu hale gelir.Bir olasılık, iki kaplamayı bir çözücü içinde karıştırıp biriktirmek ve çözücü 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 kullanarak 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 malzemeden üretilmiştir.Not: Materyal, uzunluk ve içerik için düzenlenmiş olabilir.Daha fazla bilgi için lütfen belirtilen kaynakla iletişime geçin.
Gönderim zamanı: Kasım-22-2021
