Ompliu el següent formulari i us enviarem per correu electrònic la versió en PDF de "Noves millores tecnològiques per convertir el diòxid de carboni en combustible líquid"
El diòxid de carboni (CO2) és el producte de la combustió de combustibles fòssils i el gas d'efecte hivernacle més comú, que es pot tornar a convertir en combustibles útils d'una manera sostenible. Una manera prometedora de convertir les emissions de CO2 en matèria primera de combustible és un procés anomenat reducció electroquímica. Però per ser comercialment viable, cal millorar el procés per seleccionar o produir productes rics en carboni més desitjats. Ara, segons informa la revista Nature Energy, el Laboratori Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) ha desenvolupat un nou mètode per millorar la superfície del catalitzador de coure utilitzat per a la reacció auxiliar, augmentant així la selectivitat del procés.
"Tot i que sabem que el coure és el millor catalitzador per a aquesta reacció, no proporciona una alta selectivitat per al producte desitjat", va dir Alexis, científic sènior del Departament de Ciències Químiques del Laboratori de Berkeley i professor d'enginyeria química a la Universitat. de Califòrnia, Berkeley. va dir l'encanteri. "El nostre equip va descobrir que podeu utilitzar l'entorn local del catalitzador per fer diversos trucs per proporcionar aquest tipus de selectivitat".
En estudis anteriors, els investigadors han establert condicions precises per proporcionar el millor entorn elèctric i químic per crear productes rics en carboni amb valor comercial. Però aquestes condicions són contràries a les condicions que es donen naturalment a les piles de combustible típiques que utilitzen materials conductors a base d'aigua.
Per tal de determinar el disseny que es pot utilitzar en l'entorn de l'aigua de la pila de combustible, com a part del projecte Energy Innovation Center de Liquid Sunshine Alliance del Ministeri d'Energia, Bell i el seu equip van recórrer a una fina capa d'ionòmer, que permet certs molècules (ions) per passar. Exclou altres ions. A causa de les seves propietats químiques altament selectives, són especialment indicades per tenir un fort impacte en el microambient.
Chanyeon Kim, investigador postdoctoral del grup Bell i primer autor de l'article, va proposar revestir la superfície dels catalitzadors de coure amb dos ionòmers comuns, Nafion i Sustainion. L'equip va plantejar la hipòtesi que fer-ho hauria de canviar l'entorn proper al catalitzador, inclòs el pH i la quantitat d'aigua i diòxid de carboni, d'alguna manera per dirigir la reacció per produir productes rics en carboni que es puguin convertir fàcilment en productes químics útils. Productes i combustibles líquids.
Els investigadors van aplicar una capa fina de cada ionòmer i una doble capa de dos ionòmers a una pel·lícula de coure suportada per un material polimèric per formar una pel·lícula, que podien inserir a prop d'un extrem d'una cèl·lula electroquímica en forma de mà. En injectar diòxid de carboni a la bateria i aplicar tensió, van mesurar el corrent total que circulava per la bateria. Després van mesurar el gas i el líquid recollits al dipòsit adjacent durant la reacció. Per al cas de dues capes, van trobar que els productes rics en carboni representaven el 80% de l'energia consumida per la reacció, superior al 60% en el cas no recobert.
"Aquest recobriment sandvitx ofereix el millor dels dos mons: alta selectivitat del producte i alta activitat", va dir Bell. La superfície de doble capa no només és bona per als productes rics en carboni, sinó que també genera un fort corrent al mateix temps, que indica un augment de l'activitat.
Els investigadors van concloure que la resposta millorada era el resultat de l'alta concentració de CO2 acumulada al recobriment directament sobre el coure. A més, les molècules carregades negativament que s'acumulen a la regió entre els dos ionòmers produiran una acidesa local més baixa. Aquesta combinació compensa les compensacions de concentració que solen produir-se en absència de pel·lícules d'ionòmers.
Per tal de millorar encara més l'eficiència de la reacció, els investigadors van recórrer a una tecnologia provada prèviament que no requereix una pel·lícula d'ionòmers com un altre mètode per augmentar el CO2 i el pH: el voltatge polsat. En aplicar una tensió polsada al recobriment d'ionòmers de doble capa, els investigadors van aconseguir un augment del 250% dels productes rics en carboni en comparació amb el coure sense recobrir i la tensió estàtica.
Tot i que alguns investigadors centren el seu treball en el desenvolupament de nous catalitzadors, el descobriment del catalitzador no té en compte les condicions de funcionament. Controlar l'entorn a la superfície del catalitzador és un mètode nou i diferent.
"No vam crear un catalitzador completament nou, però vam utilitzar la nostra comprensió de la cinètica de la reacció i vam utilitzar aquest coneixement per guiar-nos a pensar com canviar l'entorn del lloc del catalitzador", va dir Adam Weber, enginyer sènior. Científics en el camp de la tecnologia energètica dels Laboratoris Berkeley i coautor d'articles.
El següent pas és ampliar la producció de catalitzadors recoberts. Els experiments preliminars de l'equip de Berkeley Lab van implicar sistemes petits models plans, que eren molt més senzills que les estructures poroses de gran àrea requerides per a aplicacions comercials. "No és difícil aplicar un recobriment sobre una superfície plana. Però els mètodes comercials poden implicar el recobriment de boles de coure petites", va dir Bell. Afegir una segona capa de recobriment esdevé un repte. Una possibilitat és barrejar i dipositar els dos recobriments junts en un dissolvent, i esperar que es separin quan el dissolvent s'evapori. I si no ho fan? Bell va concloure: "Només hem de ser més intel·ligents". Consulteu Kim C, Bui JC, Luo X i altres. Microambient de catalitzador personalitzat per a l'electro-reducció de CO2 a productes multicarboni mitjançant un recobriment d'ionòmers de doble capa sobre coure. Nat Energy. 2021;6(11):1026-1034. doi:10.1038/s41560-021-00920-8
Aquest article es reprodueix a partir del material següent. Nota: És possible que el material s'hagi editat per la longitud i el contingut. Per a més informació, poseu-vos en contacte amb la font citada.
Hora de publicació: 22-nov-2021
