Tre strategie impiegate in questo studio per modulare la concentrazione di CO2 locale in uno strato di catalizzatore (in alto) e la relazione tra la concentrazione di CO2 locale e la selettività per i prodotti multicarbonio (in basso). Si noti che la massima selettività si ottiene con una concentrazione di CO2 locale moderata. Credito:The Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)
Un team di ricerca KAIST ha presentato tre nuovi approcci per modulare l'anidride carbonica locale (CO 2 ) concentrazione in elettrolizzatori a flusso basati su elettrodi a diffusione di gas (GDE). Il loro studio ha anche dimostrato empiricamente che fornendo un moderato CO . locale 2 concentrazione è efficace nel promuovere reazioni di accoppiamento carbonio-carbonio (C-C) verso la produzione di molecole multi-carbonio. Questo lavoro, apparso sul numero del 20 maggio di Joule, serve come guida razionale per regolare la CO 2 trasporto di massa per la produzione ottimale di preziosi prodotti multicarbonio.
Tra gli sforzi globali per ridurre e riciclare la CO . antropogenica 2 emissioni, CO 2 l'elettrolisi è molto promettente per la conversione della CO 2 in sostanze chimiche utili tradizionalmente derivate da combustibili fossili. Molte ricerche hanno cercato di migliorare la selettività della CO 2 per prodotti multicarbonio di alto valore commerciale e industriale come etilene, etanolo, e 1-propanolo, a causa della loro elevata densità energetica e delle grandi dimensioni del mercato.
Per ottenere la conversione altamente selettiva della CO 2 in preziosi prodotti multicarbonio, gli studi passati si sono concentrati sulla progettazione di catalizzatori e sulla messa a punto dell'ambiente locale relativo al pH, cationi, e additivi molecolari.
CO . convenzionale 2 i sistemi elettrolitici si basavano fortemente su un elettrolita alcalino che viene spesso consumato in grandi quantità quando reagisce con la CO 2 , e quindi ha portato ad un aumento dei costi operativi. Inoltre, la durata di un elettrodo catalizzatore era breve, per la sua intrinseca reattività chimica.
Nel loro recente studio, un gruppo di ricercatori KAIST guidati dal professor Jihun Oh del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali ha riferito che il CO . locale 2 la concentrazione è stato un fattore trascurato che influenza ampiamente la selettività verso i prodotti multicarbonio.
Il professor Oh e i suoi ricercatori, il dottor Ying Chuan Tan, Canzone Hakhyeon, e Kelvin Berm Lee hanno proposto che vi sia un'intima relazione tra CO . locale 2 e selettività del prodotto multicarbonio durante la CO . elettrochimica 2 reazioni di riduzione. Il team ha utilizzato la modellizzazione del trasporto di massa di un elettrolizzatore a flusso basato su GDE che utilizza nanoparticelle di ossido di rame (Cu2O) come catalizzatori modello. Hanno quindi identificato e applicato tre approcci per modulare la CO . locale 2 concentrazione all'interno di un sistema elettrolitico basato su GDE, compreso 1) controllare la struttura dello strato di catalizzatore, 2) CO 2 concentrazione di mangime, e 3) portata di alimentazione.
Contrariamente all'intuizione comune, lo studio ha mostrato che fornendo una CO . massima 2 il trasporto porta a un'efficienza faradaica del prodotto multicarbonio subottimale. Anziché, limitando e fornendo una CO . locale moderata 2 concentrazione, L'accoppiamento C–C può essere notevolmente migliorato.
I ricercatori hanno dimostrato sperimentalmente che il tasso di selettività è aumentato dal 25,4% al 61,9%, e dal 5,9% al 22,6% per la CO 2 tasso di conversione. Quando è stato utilizzato un elettrolita quasi neutro più economico, la stabilità della CO 2 sistema elettrolitico notevolmente migliorato, consentendo oltre 10 ore di produzione selettiva costante di prodotti multicarbonio.
Dottor Tan, l'autore principale dell'articolo, disse, "La nostra ricerca ha rivelato chiaramente che l'ottimizzazione della CO . locale 2 la concentrazione è la chiave per massimizzare l'efficienza della conversione della CO 2 in prodotti multicarbonio di alto valore."
Il professor Oh ha aggiunto, "Questa scoperta dovrebbe fornire nuove informazioni alla comunità di ricerca che le variabili che influenzano la CO . locale 2 concentrazione sono anche fattori influenti nella CO . elettrochimica 2 prestazioni di reazione di riduzione. Io e i miei colleghi speriamo che il nostro studio diventi una pietra miliare per le tecnologie correlate e le loro applicazioni industriali".
