Двуокись углерода (CO2), продукт сжигания ископаемого топлива и наиболее распространенного парникового газа, может быть устойчиво преобразована обратно в полезное топливо.
Перспективным способом превращения выбросов CO2 в сырье для топлива является процесс, известный как электрохимическое восстановление. Но для того, чтобы быть коммерчески жизнеспособным, процесс должен быть улучшен для отбора или получения большего количества желаемых продуктов с высоким содержанием углерода.
Исследование было опубликовано в журнале Nature Energy.
Исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли улучшили селективность процесса, разработав новый подход к модификации поверхности медных катализаторов, используемых для облегчения реакции.
«Хотя мы знаем, что медь является лучшим катализатором этой реакции, она не дает высокой селективности по отношению к желаемым продуктам. Наша группа обнаружила, что вы можете проделывать различные трюки с местной средой катализатора, чтобы обеспечить такую селективность», - сказал Алексис Белл, старший научный сотрудник отделения химических наук лаборатории Беркли и профессор химической инженерии Калифорнийского университета в Беркли.
В предыдущих исследованиях исследователи установили точные условия, которые обеспечили лучшую электрическую и химическую среду для создания коммерчески интересных продуктов, богатых углеродом. Но эти условия противоречат тем, которые естественным образом возникают в типичном топливном элементе, в котором используется проводящий материал на водной основе.
Чтобы определить конструкцию, которую можно было бы использовать в водной среде топливных элементов, Белл и его команда в рамках проекта Energy Innovation Hub Альянса жидкого солнечного света Министерства энергетики обратились к тонким слоям иономеров, полимеров, которые позволяют определенным заряженным молекулам (ионы) проходить, исключая другие. Благодаря своему высокоселективному химическому составу они уникально подходят для сильного влияния на микросреду.
Чанён Ким, постдокторский исследователь в группе Белла и ведущий автор статьи, предложил покрыть поверхность медного катализатора двумя общими иономерами, нафионом и сустейнионом. Команда предположила, что это должно изменить окружающую среду, включая pH, количество воды и CO2, в непосредственной близости от катализатора таким образом, чтобы регулировать реакцию с образованием продуктов, богатых углеродом, которые можно легко преобразовать в полезные химические вещества и жидкое топливо.
Исследователи нанесли тонкий слой каждого иономера, а также бислой обоих иономеров на медные пленки, поддерживаемые полимерным материалом, образуя мембраны, которые они могли вставить около одного конца электрохимической ячейки размером с руку. Подавая CO 2 в ячейку и подавая напряжение, они измеряли полный ток, протекающий через ячейку. Затем они измерили газы и жидкости, которые собирались в соседних резервуарах во время реакции. Для двухслойного случая они обнаружили, что на продукты с высоким содержанием углерода приходилось 80% энергии, потребляемой реакцией, по сравнению с 60% в случае без покрытия.
«Это сэндвич-покрытие сочетает в себе лучшее из обоих миров: высокую селективность продукта и высокую активность. Двухслойная поверхность благоприятствовала не только продуктам, богатым углеродом, но в то же время генерировала сильный электрический ток, что указывало на повышенную активность», - сказал Белл.
Исследователи пришли к выводу, что улучшение реакции было следствием высокой концентрации CO 2, которая накапливалась в слое покрытия непосредственно поверх меди. Кроме того, отрицательно заряженные молекулы, которые скапливались в области между двумя иономерами, создавали низкую локальную кислотность. Эта комбинация противодействовала компромиссу концентрации, который имеет тенденцию происходить в отсутствие иономерных пленок.
Чтобы еще больше повысить эффективность реакции, исследователи обратились к технике, которая была продемонстрирована ранее, без иономерных пленок, как еще один способ увеличения CO2 и pH: импульсное напряжение. Используя импульсное напряжение с двухслойным иономерным покрытием, исследователи достигли 250% -ного увеличения продуктов с высоким содержанием углерода по сравнению с медью без покрытия и статического напряжения.
Хотя некоторые исследователи сосредоточили свою работу на разработке новых катализаторов, при открытии катализатора не учитываются рабочие условия. Управление окружающей средой на поверхности катализатора - это новый и отличный подход.
«Вместо того, чтобы придумывать совершенно новый катализатор, мы взяли то, что мы знаем о кинетике реакции, и использовали эти знания, чтобы направить наши размышления о том, как изменить окружающую среду на участке катализатора», - сказал Адам Вебер, старший специалист, научный сотрудник отдела энергетических технологий Berkeley Lab и соавтор статьи.
Курсор сообщал, что на Луне подтверждено существование холодных ловушек, собирающих углекислый газ.
Кроме этого, в Исландии открыли крупнейшую в мире фабрику по очистке воздуха от углекислого газа.
Форум семей заложников выступил с обращением к странам, чьи граждане в настоящее время находятся в…
Террористы ХАМАСа заявили, что это будет последний шанс для Израиля вернуть своих заложников.
Одним из ключевых аспектов для Израиля является понимание, на каком этапе предложение ХАМАСа содержит обязательства…
Депутат Кнессета высказался относительно начала операции в Рафиахе.
Члены экипажа авиакомпании скрутили американца-скандалиста и надели на него наручники.
Генерал ЦАХАЛа заявил, что самая тяжелая ситуация сейчас наблюдается в кибуце Беэри.