Užpildykite žemiau esančią formą ir mes jums el. paštu atsiųsime PDF versiją „Nauji technologiniai patobulinimai anglies dioksidui paversti skystuoju kuru“
Anglies dioksidas (CO2) yra iškastinio kuro deginimo produktas ir labiausiai paplitusios šiltnamio efektą sukeliančios dujos, kurias galima tvariai paversti atgal į naudingą kurą. Vienas perspektyvių būdų paversti CO2 emisijas kuro žaliava yra procesas, vadinamas elektrochemine redukcija. Tačiau norint, kad procesas būtų komerciškai perspektyvus, jį reikia patobulinti, kad būtų galima atrinkti arba pagaminti daugiau pageidaujamų anglies turtingų produktų. Dabar, kaip pranešama žurnale „Nature Energy“, Lorenso Berklio nacionalinė laboratorija (Berklio laboratorija) sukūrė naują metodą, kaip pagerinti vario katalizatoriaus, naudojamo pagalbinėje reakcijoje, paviršių, taip padidinant proceso selektyvumą.
„Nors žinome, kad varis yra geriausias šios reakcijos katalizatorius, jis neužtikrina didelio selektyvumo norimam produktui“, – teigė Alexis, vyresnysis mokslininkas Berkeley laboratorijos chemijos mokslų katedroje ir Kalifornijos universiteto Berklyje chemijos inžinerijos profesorius. Spell sakė: „Mūsų komanda nustatė, kad galite panaudoti vietinę katalizatoriaus aplinką, kad atliktumėte įvairius triukus, užtikrinančius tokį selektyvumą.“
Ankstesniuose tyrimuose tyrėjai nustatė tikslias sąlygas, kurios užtikrintų geriausią elektrinę ir cheminę aplinką komercinės vertės anglies turintiems produktams kurti. Tačiau šios sąlygos prieštarauja sąlygoms, kurios natūraliai susidaro tipiniuose kuro elementuose, naudojant vandens pagrindu pagamintas laidžias medžiagas.
Siekdami nustatyti, kokį dizainą galima naudoti kuro elementų vandens aplinkoje, įgyvendindami Energetikos ministerijos „Liquid Sunshine Alliance“ Energetikos inovacijų centro projektą, Bellas ir jo komanda pasirinko ploną jonomero sluoksnį, kuris leidžia tam tikroms įkrautoms molekulėms (jonams) praeiti, o kiti jonai neįeina. Dėl savo labai selektyvių cheminių savybių jie ypač tinka daryti stiprų poveikį mikroaplinkai.
Chanyeon Kim, Bell grupės podoktorantūros tyrėjas ir pirmasis straipsnio autorius, pasiūlė vario katalizatorių paviršių padengti dviem įprastais jonomerais – Nafionu ir Sustainionu. Komanda iškėlė hipotezę, kad tai turėtų pakeisti aplinką šalia katalizatoriaus, įskaitant pH ir vandens bei anglies dioksido kiekį, kad reakcija vyktų taip, jog susidarytų anglies turtingi produktai, kuriuos galima lengvai paversti naudingomis cheminėmis medžiagomis. Produktai ir skystasis kuras.
Tyrėjai ant vario plėvelės, paremtos polimerine medžiaga, uždėjo ploną kiekvieno jonomero sluoksnį ir dvigubą dviejų jonomero sluoksnį, taip suformuodami plėvelę, kurią jie galėjo įstatyti prie vieno rankos formos elektrocheminio elemento galo. Įpurškdami anglies dioksidą į akumuliatorių ir prijungdami įtampą, jie išmatavo bendrą per akumuliatorių tekančią srovę. Tada jie išmatavo gretimame rezervuare reakcijos metu surinktas dujas ir skystį. Dviejų sluoksnių atveju jie nustatė, kad anglies turtingi produktai sudarė 80 % reakcijos metu suvartojamos energijos – daugiau nei 60 % nepadengtame atveju.
„Ši sumuštinio tipo danga suteikia geriausias abiejų pasaulių savybes: didelį produkto selektyvumą ir didelį aktyvumą“, – teigė Bellas. Dvigubo sluoksnio paviršius ne tik tinka anglies turintiems produktams, bet ir tuo pačiu metu generuoja stiprią srovę, rodančią padidėjusį aktyvumą.
Tyrėjai padarė išvadą, kad pagerėjęs atsakas atsirado dėl didelės CO2 koncentracijos, susikaupusios dangoje tiesiai ant vario. Be to, neigiamai įkrautos molekulės, kurios kaupiasi srityje tarp dviejų jonomerų, sumažins vietinį rūgštingumą. Šis derinys kompensuoja koncentracijos kompromisus, kurie paprastai atsiranda nesant jonomerų plėvelių.
Siekdami dar labiau pagerinti reakcijos efektyvumą, tyrėjai pasirinko anksčiau patikrintą technologiją, kuriai nereikia jonomerinės plėvelės, kaip kitą CO2 ir pH didinimo metodą: impulsinę įtampą. Dvisluoksnei jonomerinei dangai pritaikę impulsinę įtampą, tyrėjai pasiekė 250 % didesnį anglies prisotintų produktų kiekį, palyginti su nepadengtu variu ir statine įtampa.
Nors kai kurie tyrėjai savo darbą daugiausia dėmesio skiria naujų katalizatorių kūrimui, katalizatoriaus atradimas neatsižvelgia į veikimo sąlygas. Katalizatoriaus paviršiaus aplinkos valdymas yra naujas ir kitoks metodas.
„Mes nesukūrėme visiškai naujo katalizatoriaus, bet pasinaudojome savo supratimu apie reakcijos kinetiką ir šiomis žiniomis, kad galėtume galvoti apie tai, kaip pakeisti katalizatoriaus vietos aplinką“, – teigė Adamas Weberis, vyresnysis inžinierius, energetikos technologijų srities mokslininkas Berklio laboratorijose ir straipsnių bendraautoris.
Kitas žingsnis – išplėsti dengtų katalizatorių gamybą. Berklio laboratorijos komandos preliminarūs eksperimentai buvo susiję su mažomis plokščių modelių sistemomis, kurios buvo daug paprastesnės nei didelio ploto porėtos struktūros, reikalingos komerciniam naudojimui. „Nėra sunku užtepti dangą ant plokščio paviršiaus. Tačiau komerciniai metodai gali apimti mažų varinių rutuliukų dengimą“, – sakė Bellas. Antro dangos sluoksnio užtepimas tampa sudėtingas. Viena iš galimybių – sumaišyti ir nusodinti abi dangas tirpiklyje ir tikėtis, kad jos atsiskirs, kai tirpiklis išgaruos. O kas, jei taip neatsitiks? Bellas padarė išvadą: „Mums tiesiog reikia būti protingesniems“. Žr. Kim C, Bui JC, Luo X ir kitus. Individualizuota katalizatoriaus mikroaplinka CO2 elektroredukcijai į daugiaanglinius produktus, naudojant dvigubo sluoksnio jonomerinę dangą ant vario. Nat Energy. 2021;6(11):1026-1034. doi:10.1038/s41560-021-00920-8
Šis straipsnis atgamintas iš toliau pateiktos medžiagos. Pastaba: medžiaga galėjo būti redaguota dėl ilgio ir turinio. Norėdami gauti daugiau informacijos, susisiekite su nurodytu šaltiniu.
Įrašo laikas: 2021 m. lapkričio 22 d.
