Encha o seguinte formulario e enviarémosche por correo electrónico a versión PDF de "Novas melloras tecnolóxicas para converter o dióxido de carbono en combustible líquido"
O dióxido de carbono (CO2) é o produto da queima de combustibles fósiles e o gas de efecto invernadoiro máis común, que se pode converter de novo en combustibles útiles de forma sostible. Unha forma prometedora de converter as emisións de CO2 en materia prima de combustible é un proceso chamado redución electroquímica. Pero para ser comercialmente viable, o proceso debe mellorarse para seleccionar ou producir produtos ricos en carbono máis desexados. Agora, segundo informa a revista Nature Energy, o Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) desenvolveu un novo método para mellorar a superficie do catalizador de cobre utilizado para a reacción auxiliar, aumentando así a selectividade do proceso.
"Aínda que sabemos que o cobre é o mellor catalizador para esta reacción, non proporciona unha alta selectividade para o produto desexado", dixo Alexis, científico senior do Departamento de Ciencias Químicas do Laboratorio de Berkeley e profesor de enxeñería química da Universidade. de California, Berkeley. Feitizo dixo. "O noso equipo descubriu que pode usar o ambiente local do catalizador para facer varios trucos para proporcionar este tipo de selectividade".
En estudos anteriores, os investigadores estableceron condicións precisas para proporcionar o mellor ambiente eléctrico e químico para crear produtos ricos en carbono con valor comercial. Pero estas condicións son contrarias ás condicións que ocorren naturalmente nas típicas pilas de combustible que utilizan materiais condutores a base de auga.
Co fin de determinar o deseño que se pode utilizar no ambiente da auga da pila de combustible, como parte do proxecto Energy Innovation Center da Liquid Sunshine Alliance do Ministerio de Enerxía, Bell e o seu equipo recorreron a unha fina capa de ionómero, que permite que determinadas cargas moléculas (ións) para atravesar. Excluír outros ións. Polas súas propiedades químicas altamente selectivas, son especialmente indicadas para ter un forte impacto no microambiente.
Chanyeon Kim, investigador posdoutoral do grupo Bell e primeiro autor do artigo, propuxo recubrir a superficie dos catalizadores de cobre con dous ionómeros comúns, Nafion e Sustainion. O equipo hipotetizou que facelo debería cambiar o ambiente preto do catalizador, incluíndo o pH e a cantidade de auga e dióxido de carbono, dalgunha forma para dirixir a reacción para producir produtos ricos en carbono que se poidan converter facilmente en produtos químicos útiles. Produtos e combustibles líquidos.
Os investigadores aplicaron unha fina capa de cada ionómero e unha dobre capa de dous ionómeros a unha película de cobre apoiada por un material polimérico para formar unha película, que poderían inserir preto dun extremo dunha pila electroquímica con forma de man. Ao inxectar dióxido de carbono na batería e aplicar tensión, mediron a corrente total que atravesaba a batería. Despois mediron o gas e o líquido recollidos no depósito adxacente durante a reacción. Para o caso de dúas capas, descubriron que os produtos ricos en carbono representaban o 80% da enerxía consumida pola reacción, superior ao 60% no caso sen recubrir.
"Este revestimento sándwich ofrece o mellor dos dous mundos: alta selectividade do produto e alta actividade", dixo Bell. A superficie de dobre capa non só é boa para produtos ricos en carbono, senón que tamén xera unha forte corrente ao mesmo tempo, o que indica un aumento da actividade.
Os investigadores concluíron que a resposta mellorada foi o resultado da alta concentración de CO2 acumulada no revestimento directamente sobre o cobre. Ademais, as moléculas cargadas negativamente que se acumulan na rexión entre os dous ionómeros producirán unha acidez local máis baixa. Esta combinación compensa as compensacións de concentración que adoitan producirse en ausencia de películas de ionómeros.
Para mellorar aínda máis a eficiencia da reacción, os investigadores recorreron a unha tecnoloxía previamente comprobada que non precisa dunha película de ionómero como outro método para aumentar o CO2 e o pH: a tensión pulsada. Ao aplicar tensión pulsada ao revestimento de ionómero de dobre capa, os investigadores lograron un aumento do 250% nos produtos ricos en carbono en comparación co cobre sen recubrir e a tensión estática.
Aínda que algúns investigadores centran o seu traballo no desenvolvemento de novos catalizadores, o descubrimento do catalizador non ten en conta as condicións de funcionamento. Controlar o ambiente na superficie do catalizador é un método novo e diferente.
"Non creamos un catalizador completamente novo, pero usamos a nosa comprensión da cinética de reacción e utilizamos este coñecemento para guiarnos a pensar sobre como cambiar o ambiente do sitio do catalizador", dixo Adam Weber, enxeñeiro senior. Científicos no campo da tecnoloxía enerxética dos Laboratorios Berkeley e coautor de artigos.
O seguinte paso é ampliar a produción de catalizadores revestidos. Os experimentos preliminares do equipo de Berkeley Lab implicaron pequenos sistemas de modelos planos, que eran moito máis sinxelos que as estruturas porosas de gran área necesarias para aplicacións comerciais. "Non é difícil aplicar un revestimento nunha superficie plana. Pero os métodos comerciais poden implicar recubrir pequenas bolas de cobre", dixo Bell. Engadir unha segunda capa de revestimento faise un reto. Unha posibilidade é mesturar e depositar os dous revestimentos xuntos nun disolvente, e esperar que se separen cando o disolvente se evapore. E se non o fan? Bell concluíu: "Só necesitamos ser máis intelixentes". Consulte Kim C, Bui JC, Luo X e outros. Microambiente de catalizador personalizado para a electro-redución de CO2 a produtos multicarbono mediante revestimento de ionómero de dobre capa sobre cobre. Nat Energy. 2021;6(11):1026-1034. doi:10.1038/s41560-021-00920-8
Este artigo reprodúcese a partir do seguinte material. Nota: o material pode ter sido editado pola lonxitude e o contido. Para obter máis información, póñase en contacto coa fonte citada.
Hora de publicación: 22-nov-2021
