Скорость катализаторов химических реакций и составляют основу многих промышленных процессов. Например, они имеют важное значение в преобразовании тяжелой нефти в бензин и реактивное топливо. Сегодня, катализаторы участвуют более 80 процентов всей выпускаемой продукции.
Исследовательская группа, которую возглавлял министерство энергетики США (МЭ США) Аргоннской национальной лаборатории в сотрудничестве с Северного Иллинойса, был обнаружен новый электрокатализатора, который преобразует углекислый газ (CO2) и воды в этанол с очень высокой энергетической эффективностью, высокой селективностью для желаемого конечного продукта и низкую стоимость. Этанол является особенно желательным товаром, поскольку он является ингредиентом почти всех американских бензиновых и широко используется как промежуточный продукт в химической, фармацевтической и косметической промышленности.
«Процесс, в результате наш катализатор будет способствовать круговой углеродной экономике, что влечет за собой повторного использования диоксида углерода», — сказал Ди-Цзя Лю, старший химик в Аргонна химических и технических наук разделение и Чикагского университета ученый в случае Притцкеровской школы молекулярной инженерии, Университет Чикаго. Этот процесс будет электрохимически преобразования выбросы СО2 от промышленных процессов, таких как электростанции, работающие на ископаемом или спиртового брожения растений, в ценные товары по разумной стоимости.
Катализатор команда состоит из атомарно-дисперсной меди на углеродную-порошок для поддержки. В результате электрохимической реакции, катализатор распадается на СО2 и молекулы воды и выборочно собирает разбитые молекулы этанола под действием внешнего электрического поля. На электрокаталитические селективность, или «Фарадеев эффективности» процесса составляет более 90%, что гораздо выше, чем любые другие сообщили процесса. Более того, катализатор работает стабильно в течение длительного функционирования при низком напряжении.
«С помощью этого исследования, мы обнаружили новый каталитический механизм для преобразования углекислого газа и воды в этаноле», — сказал Тао Сюй, профессор физической химии и нанотехнологиям из Университета Северного Иллинойса. «Этот механизм должен также обеспечить основу для разработки высокоэффективных электрокатализаторов для преобразования углекислого газа к широкому спектру химических веществ на добавленную стоимость».
Потому что СО2 является стабильной молекулой, превращая его в различные молекулы, как правило, энергоемкими и дорогостоящими. Однако, по словам Лю, «мы могли бы пару электрохимического процесса СО2-этанол преобразования через наш катализатор в электросетевом и воспользоваться низкая стоимость электроэнергии из возобновляемых источников, таких как солнечная и ветровая во внепиковое время.» Поскольку процесс проходит при низкой температуре и давлении, оно может начать и остановить быстро в ответ на периодические поставки электроэнергии из возобновляемых источников.
Исследования команды входят два Управления ДОУ наука удобства пользователей в Аргонне — предварительный источник фотона (APS) и Центра наноматериалов (УНМ), а также вычислительной лаборатории Аргонна Ресурсный центр (LCRC). «Благодаря высокому поток фотонов рентгеновских лучей на АПС, мы захватили структурных изменений катализатора в электрохимической реакции,» сказал Тао ли, ассистент профессора в отделе химии и биохимии Северного Иллинойса и помощник ученого в Аргоннской рентгеновского научного отдела. Эти данные вместе с методами электронной микроскопии высокого разрешения в НСЖ и компьютерного моделирования с использованием LCRC выявлено обратимое превращение из атомарно-дисперсной меди в кластеры из трех атомов меди в каждом по применению низкого напряжения. СО2-в-этанол катализ происходит на этих крошечных медных кластеров. Эта находка проливает свет на пути дальнейшего совершенствования катализатора за счет рационального проектирования.
«Мы подготовили несколько новых катализаторов, используя такой подход и нашли, что все они весьма эффективны в преобразовании СО2 в других углеводородов», — сказал Лю. «Мы планируем продолжить эти исследования в сотрудничестве с промышленностью с целью продвижения этой перспективной технологии».
почувствуйте разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!