Төмендегі пішінді толтырыңыз, біз сізге «Көмірқышқыл газын сұйық отынға айналдырудың жаңа технологиясын жақсарту» PDF нұсқасын электрондық пошта арқылы жібереміз.
Көмірқышқыл газы (СО2) қазба отындарын жағу өнімі және тұрақты түрде пайдалы отынға қайта айналуы мүмкін ең көп таралған парниктік газ болып табылады. CO2 шығарындыларын отын шикізатына айналдырудың перспективалы әдістерінің бірі электрохимиялық азайту деп аталатын процесс болып табылады. Бірақ коммерциялық тұрғыдан тиімді болу үшін көміртегіге бай өнімдерді таңдау немесе өндіру үшін процесті жақсарту қажет. Енді Nature Energy журналында хабарланғандай, Лоуренс Беркли ұлттық зертханасы (Беркли зертханасы) көмекші реакция үшін қолданылатын мыс катализаторының бетін жақсартудың жаңа әдісін әзірледі, осылайша процестің селективтілігін арттырады.
«Біз мыс бұл реакцияның ең жақсы катализаторы екенін білсек те, ол қалаған өнімге жоғары селективтілікті қамтамасыз етпейді», - деді Алексис, Беркли зертханасының химия ғылымдары бөлімінің аға ғалымы және университеттің химиялық инженерия профессоры. Калифорния, Беркли. - деді Спелл. «Біздің команда осындай селективтілікті қамтамасыз ету үшін әртүрлі трюктерді орындау үшін катализатордың жергілікті ортасын пайдалануға болатынын анықтады».
Алдыңғы зерттеулерде зерттеушілер коммерциялық құндылығы бар көміртегіге бай өнімдерді жасау үшін ең жақсы электрлік және химиялық ортаны қамтамасыз ету үшін нақты шарттарды белгіледі. Бірақ бұл жағдайлар су негізіндегі өткізгіш материалдарды пайдаланатын әдеттегі отын ұяшықтарында табиғи түрде болатын жағдайларға қайшы келеді.
Отын жасушаларының су ортасында қолдануға болатын дизайнды анықтау үшін Энергетика министрлігінің Сұйық күн сәулелері альянсының Энергетикалық инновациялық орталығы жобасының бөлігі ретінде Белл және оның командасы белгілі бір зарядталған иономердің жұқа қабатына айналды. молекулалар (иондар) арқылы өтеді. Басқа иондарды алып тастаңыз. Жоғары селективті химиялық қасиеттеріне байланысты олар микроортаға күшті әсер ету үшін әсіресе қолайлы.
Чанён Ким, Bell тобының постдокторлық зерттеушісі және қағаздың бірінші авторы, мыс катализаторларының бетін екі қарапайым иономерлермен, Нафион және Сустенионмен жабуды ұсынды. Команда осылай жасау катализатордың жанындағы ортаны, соның ішінде рН мен су мен көмірқышқыл газының мөлшерін өзгертуі керек деп болжаған, бұл реакцияны пайдалы химиялық заттарға оңай айналатын көміртегіге бай өнімдерді өндіруге бағыттау үшін. Өнімдер және сұйық отындар.
Зерттеушілер әр иономердің жұқа қабатын және екі иономердің қос қабатын полимерлі материалмен бекітілген мыс пленкасына қолданып жасалған электрохимиялық ұяшықтың бір ұшына жақын кірістіре алатын пленканы қалыптастырды. Батареяға көмірқышқыл газын айдап, кернеуді енгізгенде, олар аккумулятор арқылы өтетін жалпы токты өлшеді. Содан кейін олар реакция кезінде көрші қабатта жиналған газ мен сұйықтықты өлшеді. Екі қабатты жағдайда олар көміртегіге бай өнімдер реакцияға жұмсалатын энергияның 80% - жабыны жоқ жағдайда 60% -дан жоғары екенін анықтады.
«Бұл сэндвич жабыны екі әлемнің ең жақсысын қамтамасыз етеді: өнімнің жоғары селективтілігі және жоғары белсенділік», - деді Белл. Екі қабатты бет көміртегіге бай өнімдер үшін жақсы ғана емес, сонымен қатар белсенділіктің жоғарылауын көрсететін күшті ток тудырады.
Зерттеушілер жақсартылған жауап жабынның тікелей мыстың үстінде жинақталған жоғары CO2 концентрациясының нәтижесі деген қорытындыға келді. Сонымен қатар, екі иономерлер арасындағы аймақта жиналатын теріс зарядталған молекулалар жергілікті қышқылдықты төмендетеді. Бұл комбинация иономерлік қабықшалар болмаған кезде пайда болатын концентрация айырбастарын өтейді.
Реакцияның тиімділігін одан әрі жақсарту үшін зерттеушілер CO2 және рН арттырудың басқа әдісі ретінде иономерлік пленканы қажет етпейтін бұрын дәлелденген технологияға жүгінді: импульстік кернеу. Екі қабатты иономерлік жабынға импульстік кернеуді қолдану арқылы зерттеушілер қапталмаған мыс және статикалық кернеумен салыстырғанда көміртегіге бай өнімдердің 250% артуына қол жеткізді.
Кейбір зерттеушілер өз жұмыстарын жаңа катализаторларды жасауға бағыттағанымен, катализатордың ашылуы жұмыс жағдайларын есепке алмайды. Катализатор бетіндегі қоршаған ортаны бақылау жаңа және әртүрлі әдіс.
«Біз мүлде жаңа катализаторды ойлап таппадық, бірақ реакция кинетикасы туралы түсінігімізді қолдандық және бұл білімді катализатор сайтының ортасын қалай өзгертуге болатыны туралы ойлауға бағыттадық», - дейді аға инженер Адам Вебер. Беркли зертханасының энергетикалық технологиялар саласындағы ғалымдары және мақалалардың бірлескен авторы.
Келесі қадам қапталған катализаторлар өндірісін кеңейту болып табылады. Berkeley Lab тобының алдын ала тәжірибелері коммерциялық қолдану үшін қажет кең аумақты кеуекті құрылымдарға қарағанда әлдеқайда қарапайым болатын шағын жалпақ модельдік жүйелерді қамтыды. «Тегіс жерге жабынды жағу қиын емес. Бірақ коммерциялық әдістер кішкентай мыс шарларды жабуды қамтуы мүмкін », - деді Белл. Екінші жабын қабатын қосу қиынға соғады. Мүмкіндіктердің бірі - екі жабынды араластыру және еріткіште бірге қою және еріткіш буланған кезде олардың бөлінуіне үміттену. Егер олар болмаса ше? Белл: «Біз тек ақылдырақ болуымыз керек» деп қорытындылады. Kim C, Bui JC, Luo X және басқаларын қараңыз. Мысқа екі қабатты иономерлік жабынды қолдана отырып, СО2-ны көп көміртекті өнімдерге дейін электрмен қалпына келтіруге арналған арнайы катализатор микроорталығы. Nat Energy. 2021;6(11):1026-1034 жж. doi: 10.1038/s41560-021-00920-8
Бұл мақала келесі материалдан көшірілді. Ескерту: Материал ұзақтығы мен мазмұны бойынша өңделген болуы мүмкін. Қосымша ақпарат алу үшін келтірілген дереккөзге хабарласыңыз.
Жіберу уақыты: 22 қараша 2021 ж
