麻省理工学院研究人员提高了碳捕获和转化系统的效率

supercell 1月 27, 2021 1.52w 浏览 0

麻省理工学院的研究人员已经开发出一种方法，该方法可以显着提高碳捕获和转化系统的性能，该系统使用催化表面来提高碳封存电化学反应的速率。研究人员在Cell Reports Physical Science杂志的一篇公开论文中描述了这一研究结果。

此类催化系统是碳捕获的有吸引力的选择，因为它们可以生产有用的，有价值的产品，例如运输燃料或化学原料。这可抵消减少温室气体排放的成本。

研究人员说：二氧化碳封存是个巨大的挑战。有许多方法，包括地质隔离，海洋存储，矿化和化学转化。当要用这种温室气体生产有用的，可销售的产品时，电化学转化特别有前途，但仍需要改进使其在经济上可行。该研究工作目标是了解此过程中的最大瓶颈，并改善或缓解该瓶颈。

研究人员发现，瓶颈原来是涉及到将二氧化碳输送到催化表面，促进所需的化学转化。在这些电化学系统中，含二氧化碳的气体流与水混合，或者在压力下混合，或者在装有催化剂材料（如铜）电极的容器中然后施加电压，促进化学反应，产生可转化为燃料或其他产品的碳化合物。

这种系统有两个挑战。反应可能进行得非常快，以至于它耗尽了到达催化剂的二氧化碳供应，而无法得到补充；如果发生这种情况，一个竞争性反应–水分裂成氢气和氧气–会接管并消耗掉反应中的大部分能量。

研究人员通过使用紧邻催化剂材料的吸气表面解决了这些问题。这种材料是一种特殊质地的“亲油”超疏水性材料，可以排斥水，但可以使称为plastron的光滑气体层沿其表面紧贴。它使进入的二氧化碳流一直紧贴催化剂，因此可以使所需的二氧化碳转化反应最大化。

通过使用基于染料的pH值指示器，研究人员能够直观地看到试验池中的二氧化碳浓度梯度，并表明二氧化碳浓度的增强是从plastron中散发出来的。

在使用这种设置进行的一系列实验室实验中，碳转化反应的速率几乎翻了一番。它还能长期维持，而在以前的实验中，反应很快就会消失。该系统产生了高比率的乙烯、丙醇和乙醇。同时，竞争性的氢气演化被急剧抑制。尽管新的工作使得微调系统以生产所需的产品组合成为可能，但在某些应用中，优化氢气生产作为燃料可能是理想的结果，这也是可以做到的。

通过将二氧化碳集中在紧贴催化剂表面，新系统还产生了两种新的潜在有用的碳化合物，丙酮和醋酸，以前在任何此类电化学系统中都没有以可观的速度检测到。

在这项最初的实验室工作中，疏水性、气体吸引材料的单条被放置在单个铜电极旁边，但在未来的工作中，可能会使用一组密集的交错对板来制作一个实用的装置。

该研究得到了意大利能源公司Eni S.p.A通过麻省理工学院能源计划的支持，以及来自加拿大的NSERC PGS-D研究生奖学金。获取更多前沿科技信息请持续关注：https://byteclicks.com

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