新しい技術は、二酸化炭素の液体燃料への変換を改善する

以下のフォームに記入して、「二酸化炭素を液体燃料に変換するための新しいテクノロジーの改善」のPDFバージョンをメールで送信します。
二酸化炭素（CO2）は、化石燃料と最も一般的な温室効果ガスの産物であり、持続可能な方法で有用な燃料に戻すことができます。 CO2排出量を燃料原料に変換する有望な方法の1つは、電気化学削減と呼ばれるプロセスです。しかし、商業的に実行可能であるためには、より望ましい炭素豊富な製品を選択または生産するために、プロセスを改善する必要があります。現在、ジャーナルNature Energyで報告されているように、Lawrence Berkeley National Laboratory（Berkeley Lab）は、補助反応に使用される銅触媒の表面を改善する新しい方法を開発し、それによってプロセスの選択性を高めました。
「銅はこの反応の最良の触媒であることはわかっていますが、それは望ましい製品の高い選択性を提供しません」と、バークレーラボの化学科学部の上級科学者であり、カリフォルニア大学バークレー校の化学工学教授であるアレクシスは述べています。呪文は言った。 「私たちのチームは、触媒のローカル環境を使用して、さまざまなトリックを行い、この種の選択性を提供できることを発見しました。」
以前の研究では、研究者は、商業的価値を持つ炭素に富む製品を作成するための最良の電気的および化学的環境を提供するための正確な条件を確立してきました。しかし、これらの条件は、水ベースの導電性材料を使用して典型的な燃料電池で自然に発生する条件に反しています。
エネルギー省の液体サンシャインアライアンスのエネルギーイノベーションセンタープロジェクトの一環として、燃料電池の水環境で使用できる設計を決定するために、ベルと彼のチームは、特定の荷電分子（イオン）が通過できる薄いイオノマーに変わりました。他のイオンを除外します。非常に選択的な化学特性により、それらは微小環境に強い影響を与えるのに特に適しています。
ベルグループのポスドク研究者であり、論文の最初の著者であるチャニョン・キムは、銅触媒の表面に2つの一般的なイオノマー、ナフィオンとサステインを覆うことを提案しました。チームは、そうすることで、触媒近くの環境を変えると、pHと水の量と二酸化炭素を含む触媒の近くの環境を変えるべきであると仮定しました。製品と液体燃料。
研究者は、各イオノマーの薄い層と2つのイオノマーの二重層を、ポリマー材料で支えられた銅フィルムに適用してフィルムを形成し、手型の電気化学細胞の片端近くに挿入できました。二酸化炭素をバッテリーに注入して電圧を塗布すると、バッテリーを流れる電流全体を測定しました。次に、反応中に隣接する貯水池で収集されたガスと液体を測定しました。 2層の場合、彼らは、炭素に富む製品が反応によって消費されるエネルギーの80％を占めていることを発見しました。
「このサンドイッチコーティングは、両方の最高の世界を提供します。製品の選択性と高い活動です」とベルは言いました。二重層の表面は、炭素が豊富な製品だけでなく、同時に強力な電流を生成し、活動の増加を示しています。
研究者たちは、反応の改善は、銅の上に直接コーティングに蓄積された高いCO2濃度の結果であると結論付けました。さらに、2つのイオノマーの間に領域に蓄積する負に帯電した分子は、局所酸性度が低くなります。この組み合わせは、イオノマーフィルムの存在下で発生する傾向がある集中トレードオフを相殺します。
反応の効率をさらに向上させるために、研究者は、CO2とPH：パルス電圧を増加させる別の方法としてイオノマー膜を必要としない以前に実証された技術に目を向けました。二重層イオノマーコーティングにパルス電圧を適用することにより、研究者は、コーティングされていない銅および静電気と比較して、炭素が豊富な製品の250％増加を達成しました。
一部の研究者は、新しい触媒の開発に焦点を当てていますが、触媒の発見は動作条件を考慮していません。触媒表面の環境を制御することは、新しい異なる方法です。
「私たちはまったく新しい触媒を思いつきませんでしたが、反応速度論の理解を使用し、この知識を使用して、触媒サイトの環境を変える方法を考える際に私たちを導きました」とシニアエンジニアのアダムウェーバーは述べています。バークレー研究所のエネルギー技術分野の科学者と論文の共著者。
次のステップは、コーティングされた触媒の生産を拡大することです。バークレーラボチームの予備実験には、商業用アプリケーションに必要な大型エリアの多孔質構造よりもはるかに単純な小さなフラットモデルシステムが含まれていました。 「平らな表面にコーティングを塗ることは難しくありません。しかし、商業的方法には小さな銅のボールのコーティングが含まれる場合があります」とベルは言いました。 2番目のコーティング層を追加することは困難になります。 1つの可能性は、2つのコーティングを溶媒に混ぜて堆積させ、溶媒が蒸発するときに分離することを期待することです。彼らがいない場合はどうなりますか？ベルは次のように結論付けました：「私たちはただ賢くする必要があります。」 Kim C、Bui JC、Luo Xなどを参照してください。銅の二重層イオノマーコーティングを使用したMulti-炭素産物へのCO2の電気還元のためのカスタマイズされた触媒微小環境。ナットエネルギー。 2021; 6（11）：1026-1034。 doi：10.1038/s41560-021-00920-8
この記事は、次の資料から再現されています。注：素材は、長さと内容について編集されている可能性があります。詳細については、引用されたソースにお問い合わせください。