Төмөндөгү форманы толтуруңуз, биз сизге "Көмүр кычкыл газын суюк отунга айландыруу боюнча жаңы технологиялык жакшыртуулар" PDF версиясын электрондук почта аркылуу жөнөтөбүз.
Көмүр кычкыл газы (CO2) - бул казылып алынган отунду жана эң кеңири таралган парник газын күйгүзүүнүн натыйжасы, аны кайра пайдалуу отунга туруктуу түрдө айландырууга болот. CO2 эмиссиясын отун чийки затына айландыруунун бир келечектүү жолу - электрохимиялык калыбына келтирүү деп аталган процесс. Бирок коммерциялык жактан пайдалуу болушу үчүн, бул процессти көмүртектерге бай продукцияларды тандоо же өндүрүү үчүн жакшыртуу керек. Эми, Nature Energy журналында айтылгандай, Лоуренс Беркли Улуттук Лабораториясы (Berkeley Lab) көмөкчү реакция үчүн колдонулган жез катализаторунун бетин жакшыртуунун жаңы ыкмасын иштеп чыкты, ошону менен процесстин тандалмалуулугун жогорулатат.
«Жез бул реакция үчүн эң жакшы катализатор экенин билсек да, ал каалаган продукт үчүн жогорку селективдүүлүктү камсыз кылбайт», - деди Беркли лабораториясынын химиялык илимдер бөлүмүнүн улук окумуштуусу жана Калифорния университетинин химиялык инженерия профессору Алексис. Спелл мындай деди: «Биздин команда катализатордун жергиликтүү чөйрөсүн колдонуп, ушундай селективдүүлүктү камсыз кылуу үчүн ар кандай амалдарды жасоого болорун аныктады».
Мурунку изилдөөлөрдө изилдөөчүлөр коммерциялык баалуулугу бар көмүртектүү продукцияларды түзүү үчүн эң жакшы электрдик жана химиялык чөйрөнү камсыз кылуу үчүн так шарттарды түзүшкөн. Бирок бул шарттар суу негизиндеги өткөргүч материалдарды колдонгон типтүү күйүүчү май клеткаларында табигый түрдө пайда болгон шарттарга карама-каршы келет.
Энергетика министрлигинин Суюк Күн нуру альянсынын Энергетикалык инновациялар борбору долбоорунун алкагында күйүүчү май клеткасынын суу чөйрөсүндө колдонула турган дизайнды аныктоо үчүн Белл жана анын командасы айрым заряддалган молекулалардын (иондордун) өтүшүнө мүмкүндүк берүүчү иономердин жука катмарын колдонушту. Башка иондорду кошпогондо. Алардын өтө селективдүү химиялык касиеттеринен улам, алар микрочөйрөгө күчтүү таасир этүүгө өзгөчө ылайыктуу.
Bell тобундагы постдокторантуралык изилдөөчү жана макаланын биринчи автору Чанён Ким жез катализаторлорунун бетин эки кеңири таралган иономер, Nafion жана Sustainion менен каптоону сунуштаган. Топ муну жасоо катализатордун жанындагы чөйрөнү, анын ичинде рН жана суунун жана көмүр кычкыл газынын көлөмүн өзгөртүп, реакцияны пайдалуу химиялык заттарга оңой айландырыла турган көмүртектүү продуктыларды өндүрүүгө багыттоо керек деген гипотезаны койгон. Продукттар жана суюк отундар.
Изилдөөчүлөр полимер материалы менен бекемделген жез пленкасына ар бир иономердин жука катмарын жана эки иономердин кош катмарын сүйкөп, пленканы пайда кылышкан, аны кол менен жасалган электрохимиялык клетканын бир учуна жакын жайгаштырууга мүмкүн болгон. Батареяга көмүр кычкыл газын сайып, чыңалууну бергенде, алар батарея аркылуу агып өткөн жалпы ток күчүн өлчөшкөн. Андан кийин реакция учурунда жанаша жайгашкан резервуарда топтолгон газ менен суюктукту өлчөгөн. Эки катмарлуу учурда алар көмүртектүү продуктылар реакция тарабынан сарпталган энергиянын 80% түзөрүн аныкташкан, бул капталбаган учурда 60% дан жогору.
«Бул сэндвич каптоо эки дүйнөнүн эң жакшы жактарын камсыз кылат: жогорку продукт тандоо жана жогорку активдүүлүк», - деди Белл. Кош катмарлуу бет көмүртектүү продуктулар үчүн гана эмес, ошол эле учурда күчтүү токту пайда кылат, бул активдүүлүктүн жогорулаганын көрсөтүп турат.
Изилдөөчүлөр жакшыртылган реакция жездин үстүндөгү каптамада топтолгон жогорку CO2 концентрациясынын натыйжасы деген тыянакка келишкен. Мындан тышкары, эки иономердин ортосундагы аймакта топтолгон терс заряддуу молекулалар жергиликтүү кычкылдуулукту төмөндөтөт. Бул айкалыш иономер пленкалары жок болгон учурда пайда болгон концентрация компромисстерин компенсациялайт.
Реакциянын натыйжалуулугун андан ары жогорулатуу максатында, изилдөөчүлөр CO2 жана рН жогорулатуунун дагы бир ыкмасы катары мурда далилденген, иономер пленкасын талап кылбаган технологияга кайрылышты: импульстук чыңалуу. Эки катмарлуу иономер каптамасына импульстук чыңалууну колдонуу менен, изилдөөчүлөр капталбаган жез жана статикалык чыңалууга салыштырмалуу көмүртек менен бай продуктылардын 250% га көбөйүшүнө жетишишти.
Айрым изилдөөчүлөр өз иштерин жаңы катализаторлорду иштеп чыгууга багытташканы менен, катализаторду ачуу иштөө шарттарын эске албайт. Катализатордун бетиндеги айлана-чөйрөнү башкаруу жаңы жана башкача ыкма болуп саналат.
«Биз таптакыр жаңы катализатор ойлоп тапкан жокпуз, тескерисинче, реакция кинетикасы жөнүндөгү түшүнүгүбүздү колдонуп, бул билимди катализатор жайгашкан жердин чөйрөсүн кантип өзгөртүү керектиги жөнүндө ойлонууга багыттоо үчүн колдондук», - деди Беркли лабораториясынын энергетикалык технология жаатындагы окумуштуулары жана бир катар макалалардын авторлошу Адам Вебер.
Кийинки кадам - капталган катализаторлорду өндүрүүнү кеңейтүү. Беркли лабораториясынын командасынын алдын ала эксперименттери коммерциялык колдонмолор үчүн талап кылынган чоң аянттагы тешиктүү түзүлүштөргө караганда алда канча жөнөкөй болгон кичинекей жалпак моделдик системаларды камтыды. "Жалпак бетке каптоону сүйкөө кыйын эмес. Бирок коммерциялык ыкмалар кичинекей жез шарларды каптоону камтышы мүмкүн", - деди Белл. Экинчи катмар каптоону кошуу кыйынга турат. Бир мүмкүнчүлүк - эки каптоону аралаштырып, эриткичке куюп, эриткич бууланганда алардын ажырап кетишине үмүттөнүү. Эгер алар ажырабасачы? Белл мындай деп жыйынтыктады: "Биз жөн гана акылдуу болушубуз керек". Ким С, Буй Ж.С., Луо Х жана башкаларга кайрылыңыз. Жезге кош катмарлуу иономер каптоону колдонуп, CO2ди көп көмүртектүү продуктуларга электро-калыбына келтирүү үчүн ылайыкташтырылган катализатор микрочөйрөсү. Nat Energy. 2021;6(11):1026-1034. doi:10.1038/s41560-021-00920-8
Бул макала төмөнкү материалдан алынды. Эскертүү: Материал көлөмү жана мазмуну боюнча түзөтүлгөн болушу мүмкүн. Көбүрөөк маалымат алуу үчүн, шилтеме берилген булакка кайрылыңыз.
Жарыяланган убактысы: 2021-жылдын 22-ноябры
