Encha o seguinte formulario e enviarémosche por correo electrónico a versión PDF de "Melloras de novas tecnoloxías 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 dun xeito sostible. Un xeito prometedor de converter as emisións de CO2 en materia de alimentación de combustible é un proceso chamado redución electroquímica. Pero para ser comercialmente viable, o proceso debe mellorarse para seleccionar ou producir produtos máis ricos en carbono desexados. Agora, segundo se informa na revista Nature Energy, o laboratorio nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) desenvolveu un novo método para mellorar a superficie do catalizador de cobre empregado 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 alta selectividade para o produto desexado", dixo Alexis, un científico maior do departamento de ciencias químicas do Berkeley Lab e un profesor de enxeñaría química da Universidade de California, Berkeley. Dito feitizo. "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 se producen de forma natural nas pilas de combustible típicas usando materiais condutores a base de auga.
Para determinar o deseño que se pode usar no ambiente de auga das pilas de combustible, como parte do proxecto do Centro de Innovación Enerxética do Ministerio de Sunshine Liquid Sunshine do Ministerio de Enerxía, Bell e o seu equipo volvéronse a unha fina capa de ionómero, o que permite pasar certas moléculas cargadas (ións). Excluír outros ións. Debido ás súas propiedades químicas altamente selectivas, son especialmente adecuadas para ter un forte impacto no microambiente.
Chanyeon Kim, investigador postdoctoral do grupo Bell e o primeiro autor do artigo, propuxo revestir a superficie dos catalizadores de cobre con dous ionómeros comúns, Nafion e Sostición. O equipo hipotetizou que facelo debería cambiar o ambiente preto do catalizador, incluído o pH e a cantidade de auga e dióxido de carbono, dalgún xeito para dirixir a reacción a producir produtos ricos en carbono que se poden converter facilmente en produtos químicos útiles. Produtos e combustibles líquidos.
Os investigadores aplicaron unha capa fina de cada ionómero e unha dobre capa de dous ionómeros a unha película de cobre apoiada por un material de polímero para formar unha película, que poderían inserir preto dun extremo dunha célula electroquímica en forma de man. Ao inxectar dióxido de carbono na batería e aplicar a tensión, mediron a corrente total que flúe pola 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, máis alta do 60% no caso non recuberto.
"Este revestimento de bocadillos proporciona o mellor dos dous mundos: alta selectividade do produto e alta actividade", dixo Bell. A superficie de dobre capa non só é boa para os produtos ricos en carbono, senón que tamén xera unha corrente forte 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 na parte superior do cobre. Ademais, as moléculas cargadas negativamente que se acumulan na rexión entre os dous ionómeros producirán unha menor acidez local. Esta combinación compensa os compromisos de concentración que tenden a producirse en ausencia de películas de ionómero.
Para mellorar aínda máis a eficiencia da reacción, os investigadores recorreron a unha tecnoloxía anteriormente comprobada que non require unha película de ionómero como outro método para aumentar a tensión pulsada de CO2 e PH:. Ao aplicar tensión pulsada ao revestimento de ionómero de dobre capa, os investigadores obtiveron un aumento do 250% de produtos ricos en carbono en comparación con cobre non recuberto e 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. O control do ambiente na superficie do catalizador é un método novo e diferente.
"Non chegamos a un catalizador completamente novo, pero utilizamos a nosa comprensión da cinética de reacción e utilizamos este coñecemento para guiarnos para pensar sobre como cambiar o ambiente do sitio do catalizador", dixo Adam Weber, un enxeñeiro maior. Científicos no campo da tecnoloxía enerxética nos laboratorios de Berkeley e coautor de traballos.
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 da gran área necesarias para aplicacións comerciais. "Non é difícil aplicar un revestimento nunha superficie plana. Pero os métodos comerciais poden implicar revestimento de pequenas bolas de cobre", dixo Bell. Engadir unha segunda capa de revestimento faise desafiante. Unha posibilidade é mesturar e depositar os dous revestimentos nun disolvente e esperar que se separen cando o disolvente se evapora. E se non? Bell concluíu: "Só temos que ser máis intelixentes". Consulte Kim C, Bui JC, Luo X e outros. Microambiente catalizador personalizado para a electro-redución de CO2 a produtos multi-carbono mediante revestimento de ionómero de dobre capa sobre cobre. Enerxía NAT. 2021; 6 (11): 1026-1034. doi: 10.1038/s41560-021-00920-8
Este artigo reprodúcese a partir do seguinte material. Nota: o material pode haber sido editado por lonxitude e contido. Para máis información, póñase en contacto coa fonte citada.
Tempo de publicación: novembro-22-2021
