아래 양식을 작성하면“이산화탄소를 액체 연료로 전환하기위한 새로운 기술 개선”의 PDF 버전을 이메일로 보내드립니다.
이산화탄소 (CO2)는 화석 연료 연소 및 가장 일반적인 온실 가스의 산물로서 지속 가능한 방식으로 유용한 연료로 다시 전환 될 수 있습니다. CO2 배출량을 연료 공급 원료로 변환하는 유망한 방법 중 하나는 전기 화학 감소라는 과정입니다. 그러나 상업적으로 실행 가능하기 위해서는 더 원하는 탄소가 풍부한 제품을 선택하거나 생산하기 위해 프로세스를 개선해야합니다. 이제 Nature Energy 저널에보고 된 바와 같이, Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab)는 보조 반응에 사용되는 구리 촉매의 표면을 개선하여 공정의 선택성을 증가시키는 새로운 방법을 개발했습니다.
버클리 랩 (Berkeley Lab)의 화학 과학과의 수석 과학자이자 캘리포니아 대학교 (University of California) 버클리 (Berkeley)의 화학 공학 교수 인 알렉시스 (Alexis)는“구리 가이 반응에 가장 적합한 촉매제라는 것을 알고 있지만, 원하는 제품에 대한 높은 선택성을 제공하지는 않는다. 주문이 말했다. "우리 팀은 촉매의 현지 환경을 사용하여 다양한 트릭을 수행하여 이러한 종류의 선택성을 제공 할 수 있음을 발견했습니다."
이전 연구에서 연구원들은 상업적 가치를 가진 탄소가 풍부한 제품을 생성하기위한 최고의 전기 및 화학 환경을 제공하기 위해 정확한 조건을 확립했습니다. 그러나 이러한 조건은 수성 전도성 재료를 사용하는 전형적인 연료 전지에서 자연적으로 발생하는 조건과 상반됩니다.
Energy Liquid Sunshine Alliance의 Energy Innovation Center 프로젝트의 일환으로 연료 전지 물 환경에서 사용될 수있는 설계를 결정하기 위해 Bell과 그의 팀은 얇은 이오노머 층으로 바뀌어 특정 하전 된 분자 (이온)가 통과 할 수있게했습니다. 다른 이온을 제외하십시오. 선택적인 화학적 특성으로 인해 미세 환경에 강한 영향을 미치는 데 특히 적합합니다.
Bell Group의 박사후 연구원 이자이 논문의 첫 번째 저자 인 Chanyeon Kim은 구리 촉매의 표면을 두 개의 공통 이오노머 인 Nafion 및 Sustainion으로 코팅 할 것을 제안했습니다. 이 팀은 그렇게하는 것은 유용한 화학 물질로 쉽게 전환 될 수있는 탄소가 풍부한 생성물을 생산하기 위해 반응을 지시하는 방법으로 pH와 물과 이산화탄소의 양을 포함하여 촉매 근처의 환경을 변화시켜야한다고 가정했다. 제품 및 액체 연료.
연구자들은 각각의 이오노머의 얇은 층과 2 개의 이오노머의 이중층을 중합체 물질에 의해지지 된 구리 필름에 적용하여 필름을 형성하여 손 모양의 전기 화학 세포의 한쪽 끝 근처에 삽입 할 수있다. 이산화탄소를 배터리에 주입하고 전압을 가할 때 배터리를 통해 흐르는 총 전류를 측정했습니다. 그런 다음 반응 동안 인접한 저수지에서 수집 된 가스와 액체를 측정했습니다. 2 층의 경우, 탄소가 풍부한 제품이 반응에 의해 소비되는 에너지의 80%를 차지한다는 것을 발견했습니다.
Bell은“이 샌드위치 코팅은 높은 제품 선택성과 높은 활동을 모두 제공합니다. 이중층 표면은 탄소가 풍부한 제품에 적합 할뿐만 아니라 동시에 강한 전류를 생성하여 활동의 증가를 나타냅니다.
연구원들은 개선 된 반응이 구리 위에 직접 코팅에 축적 된 높은 CO2 농도의 결과라고 결론 지었다. 또한, 두 이오노머 사이의 영역에 축적되는 음으로 하전 된 분자는 낮은 국소 산도를 생성 할 것이다. 이 조합은 이오노머 필름이 없을 때 발생하는 경향이있는 농도 트레이드 오프를 상쇄합니다.
반응의 효율을 더욱 향상시키기 위해 연구원들은 이오노머 필름이 CO2 및 pH : 펄스 전압을 증가시키는 다른 방법으로서 이오노머 필름을 요구하지 않는 이전에 입증 된 기술로 전환했다. 이중층 이오노머 코팅에 펄스 전압을 적용함으로써, 연구자들은 코팅되지 않은 구리 및 정적 전압에 비해 탄소가 풍부한 제품의 250% 증가를 달성했다.
일부 연구자들은 새로운 촉매의 개발에 그들의 연구에 초점을 맞추고 있지만, 촉매의 발견은 운영 조건을 고려하지 않습니다. 촉매 표면의 환경을 제어하는 것은 새롭고 다른 방법입니다.
선임 엔지니어 인 Adam Weber는“우리는 완전히 새로운 촉매제를 제시하지 않았지만 반응 동역학에 대한 이해를 사용 하여이 지식을 사용하여 촉매 현장의 환경을 바꾸는 방법에 대한 생각을 안내했습니다. 버클리 실험실의 에너지 기술 분야의 과학자들과 논문 공동 저자.
다음 단계는 코팅 된 촉매의 생산을 확장하는 것입니다. 버클리 실험실 팀의 예비 실험에는 소규모 플랫 모델 시스템이 포함되었으며, 이는 상업용 응용 분야에 필요한 대규모 지역 다공성 구조보다 훨씬 간단했습니다. 벨은“평평한 표면에 코팅을 적용하는 것은 어렵지 않지만 상업적 방법에는 작은 구리 공을 코팅하는 것이 포함될 수있다”고 말했다. 코팅의 두 번째 층을 추가하면 어려워집니다. 한 가지 가능성은 용매에 두 코팅을 함께 혼합하고 침착시키는 것이며, 용매가 증발 할 때 분리되기를 희망합니다. 그렇지 않으면? 벨은“우리는 단지 더 똑똑해야합니다.” Kim C, Bui JC, Luo X 등을 참조하십시오. 구리에서 이중층 이오노머 코팅을 사용하여 다수의 이오노머 코팅을 사용하여 CO2의 전기 환원을위한 맞춤형 촉매 미세 환경. Nat 에너지. 2021; 6 (11) : 1026-1034. doi : 10.1038/s41560-021-00920-8
이 기사는 다음 자료에서 재현됩니다. 참고 : 자료는 길이와 내용에 대해 편집되었을 수 있습니다. 자세한 내용은 인용 소스에 문의하십시오.
후 시간 : 11 월 22 일
