Užpildykite žemiau esančią formą ir mes atsiųsime jums el. paštu PDF versiją „Nauji technologijų patobulinimai, skirti anglies dioksidui paversti skystuoju kuru“.
Anglies dioksidas (CO2) yra deginant iškastinį kurą ir labiausiai paplitusias šiltnamio efektą sukeliančias dujas, kurias galima tvariai paversti naudingu kuru. Vienas daug žadantis būdas paversti CO2 emisiją kuro žaliava yra procesas, vadinamas elektrocheminiu redukavimu. Tačiau norint, kad jis būtų komerciškai perspektyvus, procesas turi būti patobulintas, kad būtų atrinkti arba pagaminti daugiau norimų anglies turinčių 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 ir taip padidinti proceso selektyvumą.
"Nors mes žinome, kad varis yra geriausias šios reakcijos katalizatorius, jis nesuteikia didelio selektyvumo norimam produktui", - sakė Alexis, Berklio laboratorijos Chemijos mokslų katedros vyresnysis mokslininkas ir universiteto chemijos inžinerijos profesorius. Kalifornijoje, Berklyje. Burtas pasakė. "Mūsų komanda nustatė, kad galite naudoti vietinę katalizatoriaus aplinką, kad atliktumėte įvairius triukus, kad užtikrintumėte tokį selektyvumą."
Ankstesniuose tyrimuose mokslininkai nustatė tikslias sąlygas, kad būtų sudaryta geriausia elektrinė ir cheminė aplinka kuriant komercinės vertės anglies turinčius produktus. Tačiau šios sąlygos prieštarauja sąlygoms, kurios natūraliai susidaro tipiniuose kuro elementuose, kuriuose naudojamos vandens pagrindu pagamintos laidžios medžiagos.
Siekdami nustatyti dizainą, kuris gali būti naudojamas kuro elementų vandens aplinkoje, vykdydamas Energetikos ministerijos „Liquid Sunshine Alliance“ Energetikos inovacijų centro projektą, Bellas ir jo komanda kreipėsi į ploną jonomero sluoksnį, kuris leidžia tam tikrus įkrautus. molekulės (jonai), per kurias turi praeiti. Išskirkite kitus jonus. Dėl itin selektyvių cheminių savybių jie ypač tinka stipriai paveikti mikroaplinką.
Chanyeonas Kimas, Bell grupės doktorantūros tyrėjas ir pirmasis šio straipsnio autorius, pasiūlė padengti vario katalizatorių paviršių dviem įprastais jonomerais - Nafion ir Sustainion. Grupė iškėlė hipotezę, kad tai turėtų pakeisti aplinką šalia katalizatoriaus, įskaitant pH ir vandens bei anglies dioksido kiekį, kad reakcija būtų nukreipta į anglies turinčius produktus, kurie gali būti lengvai paverčiami naudingomis cheminėmis medžiagomis. Produktai ir skystasis kuras.
Tyrėjai uždėjo ploną kiekvieno jonomero sluoksnį ir dvigubą dviejų jonomerų sluoksnį ant vario plėvelės, paremtos polimerine medžiaga, kad suformuotų plėvelę, kurią jie galėtų įterpti šalia vieno rankos formos elektrocheminio elemento galo. Įšvirkšdami anglies dioksidą į akumuliatorių ir įjungdami įtampą, jie išmatavo bendrą akumuliatorių tekančią srovę. Tada jie išmatavo dujas ir skystį, surinktą gretimame rezervuare reakcijos metu. Dviejų sluoksnių atveju jie nustatė, kad anglies turintys produktai sudarė 80% reakcijos metu sunaudotos energijos – daugiau nei 60% nepadengtame korpuse.
„Ši sumuštinių danga suteikia geriausią iš abiejų pasaulių: didelį produkto selektyvumą ir didelį aktyvumą“, - sakė Bellas. Dvisluoksnis paviršius ne tik tinka gaminiams, kuriuose yra daug anglies, bet ir tuo pat metu sukuria stiprią srovę, rodančią aktyvumo padidėjimą.
Tyrėjai padarė išvadą, kad pagerėjęs atsakas atsirado dėl didelės CO2 koncentracijos, susikaupusios dangoje tiesiai ant vario. Be to, neigiamo krūvio molekulės, kurios kaupiasi tarp dviejų jonomerų, sumažins vietinį rūgštingumą. Šis derinys kompensuoja koncentracijos kompromisus, kurie paprastai atsiranda nesant jonomerų plėvelių.
Siekdami dar labiau pagerinti reakcijos efektyvumą, mokslininkai kreipėsi į anksčiau patikrintą technologiją, kuriai nereikia jonomerinės plėvelės, kaip kitą metodą CO2 ir pH didinimui: impulsinę įtampą. Taikydami impulsinę įtampą dvisluoksnei jonomerinei dangai, mokslininkai pasiekė 250% daugiau anglies turinčių produktų, palyginti su nepadengtu variu ir statine įtampa.
Nors kai kurie tyrinėtojai savo darbe daugiausia dėmesio skiria naujų katalizatorių kūrimui, atrandant katalizatorių neatsižvelgiama į veikimo sąlygas. Aplinkos valdymas ant katalizatoriaus paviršiaus yra naujas ir kitoks metodas.
„Mes nesugalvojome visiškai naujo katalizatoriaus, bet panaudojome savo supratimą apie reakcijos kinetiką ir panaudojome šias žinias, kad padėtų mums galvoti, kaip pakeisti katalizatoriaus vietos aplinką“, – sakė vyresnysis inžinierius Adamas Weberis. „Berkeley Laboratories“ energetikos technologijų srities mokslininkai ir straipsnių bendraautorius.
Kitas žingsnis – plėsti dengtų katalizatorių gamybą. Preliminarūs Berkeley Lab komandos eksperimentai apėmė mažas plokščių modelių sistemas, kurios buvo daug paprastesnės nei didelio ploto porėtos struktūros, reikalingos komercinėms reikmėms. „Padengti dangą ant lygaus paviršiaus nėra sunku. Tačiau komerciniai metodai gali apimti mažų varinių rutuliukų dengimą“, – sakė Bellas. Uždėti antrą dangos sluoksnį tampa sudėtinga. Viena iš galimybių yra sumaišyti ir nusodinti dvi dangas kartu tirpiklyje ir tikėtis, kad jos atsiskirs, kai tirpiklis išgaruos. O kas, jei ne? Bellas padarė išvadą: „Mes tiesiog turime būti protingesni“. Žr. Kim C, Bui JC, Luo X ir kitus. Pritaikyta katalizatoriaus mikroaplinka, skirta elektroredukcijai CO2 iki kelių anglies produktų, naudojant dvisluoksnę jonomerinę dangą ant vario. Nat energija. 2021;6(11):1026-1034. doi:10.1038/s41560-021-00920-8
Šis straipsnis yra atkurtas iš toliau pateiktos medžiagos. Pastaba: medžiaga gali būti redaguota dėl ilgio ir turinio. Norėdami gauti daugiau informacijos, susisiekite su nurodytu šaltiniu.
Paskelbimo laikas: 2021-11-22
