Užpildykite žemiau esančią formą ir mes jums atsiųsime el. Laišką „Naujų technologijų patobulinimų, kad anglies dioksidas paverčiamas skystu degalu“.
Anglies dioksidas (CO2) yra deginančio iškastinio kuro ir dažniausios šiltnamio efektą sukeliančių dujų produktas, kurį galima tvariai paversti naudingu degalu. Vienas perspektyvus būdas konvertuoti CO2 išmetimą į degalų žaliavą yra procesas, vadinamas elektrocheminiu sumažinimu. Tačiau norint būti komerciškai perspektyvus, procesą reikia patobulinti, norint pasirinkti ar pagaminti daugiau norimų anglies turtingų produktų. Dabar, kaip pranešta žurnale „Nature Energy“, Lawrence'o Berkeley nacionalinė laboratorija (Berkeley Lab) sukūrė naują metodą, skirtą pagerinti vario katalizatoriaus, naudojamo pagalbinei reakcijai, paviršių, taip padidindamas proceso selektyvumą.
„Nors mes žinome, kad varis yra geriausias šios reakcijos katalizatorius, jis nepateikia didelio norimo produkto selektyvumo“, - teigė Alexis, Berkeley laboratorijos chemijos mokslų katedros vyresnysis mokslininkas ir chemijos inžinerijos profesorius Kalifornijos universitete, Berkeley. Rašingas pasakė. „Mūsų komanda nustatė, kad galite naudoti vietinę katalizatoriaus aplinką, kad atliktumėte įvairius triukus, kad užtikrintumėte tokio tipo selektyvumą“.
Ankstesniuose tyrimuose tyrėjai nustatė tikslias sąlygas, kad užtikrintų geriausią elektros ir cheminės aplinką kurti anglies turtingus produktus, turinčius komercinę vertę. Tačiau šios sąlygos prieštarauja sąlygoms, kurios natūraliai pasireiškia tipiškose kuro elementuose, naudojant vandens pagrindu pagamintas laidžias medžiagas.
Norėdami nustatyti dizainą, kuris gali būti naudojamas degalų elementų vandens aplinkoje, kaip Energetikos ministerijos „Energy Innovation Center“ projekto dalis, kuriai Energetikos ministerija yra skystos saulės aljansas, Bell ir jo komanda kreipėsi į ploną jonomero sluoksnį, kuris leidžia praeiti tam tikras įkrautas molekules (jonas). Neįtraukti kitų jonų. Dėl jų labai selektyvių cheminių savybių jos ypač tinka turėti didelę įtaką mikroaplinkai.
Chanyeon Kim, „Bell Group“ podoktorantūros tyrinėtojas ir pirmasis popieriaus autorius, pasiūlė padengti vario katalizatorių paviršių dviem įprastais jonomerais - nafionu ir tvaru. Komanda iškėlė hipotezę, kad tai turėtų pakeisti aplinką šalia katalizatoriaus, įskaitant pH ir vandens bei anglies dioksido kiekį, tam tikru būdu nukreipti reakciją į produktus, kuriuose yra anglies turtingi produktai, kuriuos galima lengvai paversti naudingomis cheminėmis medžiagomis. Produktai ir skystas kuras.
Tyrėjai pritaikė ploną kiekvieno jonomero sluoksnį ir dvigubą dviejų jonomerų sluoksnį į vario plėvelę, palaikomą polimero medžiagos, kad suformuotų plėvelę, kurią jie galėjo įterpti šalia vieno rankos formos elektrocheminės ląstelės galo. Įšvirkščiant anglies dioksidą į akumuliatorių ir pritaikydami įtampą, jie išmatavo bendrą srovę, tekančią per akumuliatorių. Tada jie išmatuojo dujas ir skystį, surinktą gretimame rezervuare reakcijos metu. Dviejų sluoksnių atvejais jie nustatė, kad anglies turtingi produktai sudarė 80% reakcijos sunaudotos energijos-daugiau nei 60% nepadengtame atveju.
„Ši sumuštinių danga suteikia geriausius iš abiejų pasaulių: didelio produkto selektyvumo ir didelio aktyvumo“, - teigė Bell. Dvigubo sluoksnio paviršius yra ne tik naudingas gaminiams, kuriuose gausu anglies, bet ir tuo pačiu metu sukuria stiprią srovę, tai rodo padidėjusį aktyvumą.
Tyrėjai padarė išvadą, kad pagerėjęs atsakas atsirado dėl didelės CO2 koncentracijos, susikaupusios dangoje tiesiai ant vario viršaus. Be to, neigiamai įkrautos molekulės, kaupiančios regione tarp dviejų jonomerų, sukels mažesnį vietinį rūgštingumą. Šis derinys atsveria koncentracijos kompromisus, kurie paprastai atsiranda nesant jonomerų plėvelių.
Siekdami dar labiau pagerinti reakcijos efektyvumą, tyrėjai kreipėsi į anksčiau patikrintą technologiją, kuriai nereikia jonomero plėvelės kaip dar vieno metodo, kaip padidinti CO2 ir pH: impulsinę įtampą. Taikydami impulsinę įtampą dvigubo sluoksnio jonomerų dangai, tyrėjai pasiekė 250% padidėjusį anglies turtingų produktų padidėjimą, palyginti su nepadengtu vario ir statine įtampa.
Nors kai kurie tyrėjai daugiausia dėmesio skiria naujų katalizatorių plėtrai, katalizatoriaus atradimas neatsižvelgia į darbo sąlygas. Katalizatoriaus paviršiaus aplinkos kontrolė yra naujas ir skirtingas metodas.
„Mes nesugalvojome visiškai naujo katalizatoriaus, bet pasinaudojome mūsų supratimu apie reakcijos kinetiką ir panaudojome šias žinias, kad galėtume mus galvoti apie tai, kaip pakeisti katalizatoriaus svetainės aplinką“, - sakė Adamas Weberis, vyresnysis inžinierius. Berkeley laboratorijų energetikos technologijos srities mokslininkai ir dokumentų bendraautorius.
Kitas žingsnis yra išplėsti padengtų katalizatorių gamybą. Preliminarūs „Berkeley Lab“ komandos eksperimentai apėmė mažas plokščio modelio sistemas, kurios buvo daug paprastesnės nei didelio ploto porėtos konstrukcijos, reikalingos komercinėms reikmėms. „Nėra sunku tepti dangą ant lygaus paviršiaus. Tačiau komerciniai metodai gali apimti mažų varinių rutulių padengimą“, - teigė Bell. Antrojo dangos sluoksnio pridėjimas tampa sudėtinga. Viena iš galimybių yra sumaišyti ir dėti dvi dangas kartu į tirpiklį ir tikėtis, kad jos išsiskirs, kai tirpiklis išgaruos. O kas, jei jie to nedaro? Bell padarė išvadą: „Mums tiesiog reikia būti protingesni“. Žiūrėkite Kim C, Bui JC, Luo X ir kt. Individualizuota katalizatoriaus mikroaplinka, skirta CO2 elektro-redukcijai į daugialypius anglies produktus, naudojant dvigubo sluoksnio jonomerų dengimą ant vario. NAT energija. 2021; 6 (11): 1026-1034. doi: 10.1038/s41560-021-00920-8
Šis straipsnis atkuriamas iš šios medžiagos. PASTABA: Medžiaga galėjo būti redaguota atsižvelgiant į ilgį ir turinį. Norėdami gauti daugiau informacijos, susisiekite su cituojamu šaltiniu.
Pašto laikas: 2012 m. Lapkričio 22 d
