Solid-state electrochemical cells convert carbon dioxide into valuable liquid fuels — ABC Chemicals


Solid-state electrochemical cells convert carbon dioxide into valuable liquid fuels - ABC Chemicals

Исследователи в США и Саудовской Аравии разработали электрокаталитические ячейки, которые превращают углекислый газ в чистые жидкие виды топлива и химикаты для сырья, включая муравьиную кислоту, этанол и пропанол. Этот подход может предложить дешевую и устойчивую альтернативу ископаемому топливу путем получения ценных химических веществ из потоков отходов углекислого газа. 

В последние годы электрокаталитическое восстановление диоксида углерода в топливо и химическое сырье вызвало интерес к его потенциалу для достижения устойчивого, углерод-нейтрального энергетического цикла с использованием возобновляемых источников энергии. Но хотя существуют электрокаталитические подходы для превращения диоксида углерода в полезные химические вещества, они обычно включают жидкие электролиты, которые доставляют желаемый продукт в смеси с нежелательными растворенными солями. Разделение можно сделать, но это дорого. 

Теперь команда под руководством Хаотяна Вана из Университета Райса создала ячейку для восстановления углекислого газа, в которой вместо традиционного жидкого используется твердый электролит. В результате чистые продукты могут быть получены непосредственно без нежелательных солей, что устраняет необходимость в дорогостоящих процессах разделения. «Мы можем значительно снизить затраты на сокращение выбросов углекислого газа в растворы жидкого топлива без необходимости очистки продукта», — говорит Ван. 

Электрокаталитические ячейки команды содержат анод и катод на каждом конце, каждый из которых состоит из газодиффузионных слоев, которые покрыты катализатором. Рядом с каждым электродом находится мембрана, которая пропускает только катионы или анионы в твердый электролит, который находится в середине. Электролит состоит из ионопроводящих полимеров с различными функциональными группами, по которым они пропускают деионизированную воду или инертный газ для сбора продукта в растворе или в виде пара. 

Сначала исследователи сфокусировались на производстве муравьиной кислоты (HCOOH) путем разработки тонкого атомарного двумерного катализатора на основе висмута. Это эффективно уменьшило подачу углекислого газа в формиатные анионы (HCOO) на катодной стороне ячейки. Между тем анодная сторона ячейки циркулировала с раствором серной кислоты для генерирования катионов водорода (H+через окисление воды. Полученные анионы и катионы направляли в слой твердого электролита, где они соединялись, образуя чистый раствор муравьиной кислоты, концентрация которой зависела от скорости потока деионизированной воды или газа. 

«Когда мы впервые почувствовали кислый запах муравьиной кислоты, исходящей из нашего устройства, мы были очень рады узнать, что это работает», — говорит Ван. Затем команда продемонстрировала, что элемент может непрерывно работать без проблем со стабильностью в течение 100 часов, чтобы получить 1,6 литра 0,1М чистой муравьиной кислоты. Более того, переключившись на медный катализатор, исследователи продемонстрировали способность системы производить другие продукты, включая этанол, уксусную кислоту и пропанол. «Мы надеемся распространить эту технологию на многие другие электрохимические процессы, помимо сокращения выбросов углекислого газа в реальной практике», — говорит Ван. 

«Эта работа является значительным достижением в области электровосстановления углекислого газа», — комментирует Фэн Цзяо, который занимается электрокатализом и восстановлением углекислого газа в Университете штата Делавэр в США. «Он предоставляет сообществу многообещающее решение для решения проблем, связанных с разделением продуктов, особенно дорогостоящим процессом, когда поток продукта сильно разбавлен». 







Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *