MIT提升碳捕捉电化学反应催化系统效率 可制成汽车燃料、化学原料

能够从发电厂捕获和转化二氧化碳的系统是遏制气候变化的关键工具，但这些系统中的大多数效率相对较低且成本较高。现在，据外媒报道，美国麻省理工学院的研究人员开发了一种方法，可以大大提高使用催化表面来提高碳捕获电化学反应效率的系统的性能。

使用染料来揭示水中二氧化碳的浓度是碳捕获的一个非常有吸引力的选择，因为这种催化系统可以产生有价值的产品，如运输燃料或化学原料，这可以为该过程提供优势，并抵消减少二氧化碳排放的成本。在这样的系统中，含有二氧化碳的气流通常通过水进行电化学反应。这种类型的气体在水中缓慢移动，从而降低了二氧化碳的转化率。新的设计确保了二氧化碳在催化剂表面附近的水中保持浓缩，从而使系统的性能翻倍。研究人员表示：二氧化碳捕获是当今的一个挑战，有许多方法可以捕获二氧化碳，包括地质储存、海洋储存、矿化和化学转化。当涉及到使用这些温室气体来制造有用和有市场的产品时，电化学转化技术是一种非常有前途的方法，但仍需要改进以使其在经济上可行。我们的研究目标是了解这个过程最大的瓶颈是什么以及如何改善或缓解它研究人员发现，瓶颈在于如何将二氧化碳输送到催化剂表面，从而促进所需的化学转化。在这样的电化学系统中，含有二氧化碳的气体在压力下与水混合，或者通过含有催化剂材料的容器鼓泡。然后，施加电压以促进产生碳化合物的化学反应，碳化合物可以转化为燃料或其他产品。在这样的系统中有两个挑战：反应进行得如此之快，以至于它以超过供应速率的速率消耗二氧化碳，消耗掉所有供应的二氧化碳；如果出现这种情况，水分解成氢气和氧气的反应将占据上风，并消耗大部分投入到反应中的能量。此前，研究人员曾试图通过修饰催化剂表面以增加反应的表面积来优化此类反应，但由于供应到表面的二氧化碳无法跟上反应速率的增加，导致随着时间的推移产生氢气，因此没有达到预期的结果。研究人员通过在催化剂材料附近放置一个吸引气体的表面来解决上述问题。这种材料是一种具有特殊质地的“亲水”超疏水材料，它能防水，但能使一层称为胸甲的光滑气体层紧密粘附在其表面，使二氧化碳流入催化剂，从而最大限度地提高二氧化碳的转化反应。通过使用基于染料的pH指示剂，研究人员能够可视化测试样本中的二氧化碳浓度，并清楚地表明二氧化碳浓度的增加源于胸甲。在使用该装置的一系列实验室实验中，碳转化反应的速率增加了一倍，并且这种反应将持续一段时间，而在最初的实验中，这种反应很快就会消失。该系统可以高速生成乙烯、丙醇和乙醇。同时，氢反应显著减少。尽管这项新研究可以对系统进行微调，以生产所需的产品组合，但在某些应用中，它可能会达到优化氢气作为燃料生产的预期结果。通过将二氧化碳浓缩在催化剂表面，新系统还产生了两种有用的碳化合物，丙酮和乙酸，这是以前的电化学系统没有检测到的。研究人员表示，在早期的实验室研究中，疏水性气体吸收材料被放置在铜电极旁边，但在未来的研究中，一组密集交错的平行金属板可能会被用来制造一种实用的设备。

标签：发现

汽车资讯热门资讯