Empleneu el formulari següent i us enviarem per correu electrònic la versió PDF de "Noves millores tecnològiques per convertir el diòxid de carboni en combustible líquid"
El diòxid de carboni (CO2) és el producte de cremar combustibles fòssils i el gas d’efecte hivernacle més comú, que es pot convertir en combustibles útils de manera sostenible. Una forma prometedora de convertir les emissions de CO2 en pinso de combustible és un procés anomenat reducció electroquímica. Però, per ser viable comercialment, cal millorar el procés per seleccionar o produir productes més desitjats rics en carboni. Ara, segons es va informar a la revista Nature Energy, Lawrence Berkeley National Laboratory (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 d'aquesta reacció, no proporciona una alta selectivitat per al producte desitjat", va dir Alexis, un científic sènior del Departament de Ciències Químics del Berkeley Lab i professor d'enginyeria química de la Universitat de Califòrnia, Berkeley. Spell va dir. "El nostre equip va trobar 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 produeixen naturalment en piles típiques de combustible mitjançant materials conductors basats en aigua.
Per tal de determinar el disseny que es pot utilitzar en l’entorn d’aigua de pila de combustible, com a part del projecte del Centre d’Innovació energètica del Ministeri d’Energia Liquid Sunshine Alliance, Bell i el seu equip es van convertir en una fina capa d’ionomer, que permet passar per certes molècules carregades (ions). Exclou altres ions. A causa de les seves propietats químiques altament selectives, són especialment adequats per tenir un fort impacte en el microambient.
Chanyeon Kim, investigador postdoctoral del grup Bell i el primer autor del treball, va proposar recobrir la superfície de catalitzadors de coure amb dos ionòmers comuns, Nafion i Sostenió. L’equip va plantejar la hipòtesi que fer-ho hauria de canviar l’entorn a prop del catalitzador —incloent el pH i la quantitat d’aigua i diòxid de carboni— d’alguna manera de dirigir la reacció per produir productes rics en carboni que es poden convertir fàcilment en productes químics útils. Productes i combustibles líquids.
Els investigadors van aplicar una fina capa de cada ionòmer i una doble capa de dos ionòmers a una pel·lícula de coure recolzada per un material de polímer per formar una pel·lícula, que podrien inserir a prop d’un extrem d’una cèl·lula electroquímica en forma de mà. Quan s’injecta diòxid de carboni a la bateria i aplicava la tensió, van mesurar el corrent total que fluïa per la bateria. A continuació, van mesurar el gas i el líquid recollit al dipòsit contigu 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, més alta del 60% en el cas no recobert.
"Aquest recobriment sandvitx proporciona 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 corrent fort alhora, cosa que indica un augment de l’activitat.
Els investigadors van concloure que la resposta millorada va ser el resultat de l’alta concentració de CO2 acumulada al recobriment directament a la part superior del coure. A més, les molècules carregades negativament que s’acumulen a la regió entre els dos ionòmers produiran una menor acidesa local. Aquesta combinació compensa els compromisos de concentració que solen produir-se en absència de pel·lícules ionòmiques.
Per tal de millorar encara més l'eficiència de la reacció, els investigadors es van dirigir a una tecnologia prèviament provada que no requereix una pel·lícula ionòmer com un altre mètode per augmentar el CO2 i el pH: la tensió polsada. Aplicant tensió polsada al recobriment d’ionomer de doble capa, els investigadors van aconseguir un augment del 250% dels productes rics en carboni en comparació amb el coure no recobert 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 operatives. Controlar l’entorn a la superfície del catalitzador és un mètode nou i diferent.
"No vam trobar un catalitzador completament nou, sinó que vam utilitzar la nostra comprensió de la cinètica de reacció i vam utilitzar aquest coneixement per guiar -nos en pensar en com canviar l'entorn del lloc del catalitzador", va dir Adam Weber, enginyer principal. Científics en el camp de la tecnologia energètica dels laboratoris Berkeley i coautor de papers.
El següent pas és ampliar la producció de catalitzadors recoberts. Els experiments preliminars de l'equip de Berkeley Lab van implicar sistemes de models plans petits, molt més senzills que les estructures poroses de gran àrea necessàries per a aplicacions comercials. "No és difícil aplicar un recobriment en una superfície plana. Però els mètodes comercials poden implicar recobriment petites boles de coure", va dir Bell. Afegir una segona capa de recobriment es fa difícil. Una possibilitat és barrejar i dipositar els dos recobriments junts en un dissolvent i esperar que es separin quan s’evapora el dissolvent. 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 la reducció electro-reducció de CO2 a productes multi-carboni mitjançant un recobriment ionòmer de doble capa sobre coure. Energia Nat. 2021; 6 (11): 1026-1034. doi: 10.1038/s41560-021-00920-8
Aquest article es reprodueix a partir del material següent. Nota: es pot haver editat el material per a la longitud i el contingut. Per obtenir més informació, poseu -vos en contacte amb la font citada.
Posat Post: 22 de novembre de 2021
