Ny strategi øger direkte elektrolyse af fortyndet kuldioxid

Omdannelse af kuldioxid (CO₂ ) fra industrielle punktkilder til kemikalier og brændstoffer, der udnytter vedvarende energi, kan hjælpe med at tackle klimakrisen. CO₂ elektrolyse er en lovende vej.

Tidligere undersøgelser blev generelt udført med ren eller højkoncentreret CO₂ fodrer, mens CO₂ koncentrationen i røggas fra forbrænding af fossile brændstoffer var meget lav, typisk fra 5 % til 15 %. Energi- og kapitalomkostningerne forbundet med opsamling og rensning af CO₂ fra røggaspunktkilder er meget høje. Den direkte udnyttelse af industriel røggas uden om opsamlings- og rensningstrinene til fremstilling af ren CO₂ feeds er stadig udfordrende.

For nylig har et forskerhold ledet af Profs. Wang Guoxiong og Gao Dunfeng fra Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) ved det kinesiske videnskabsakademi (CAS) har i samarbejde med prof. An Qingda fra Dalian Polytechnic University foreslået en molekylær forbedringsstrategi for direkte elektrolyse af fortyndet CO ₂ til CO. Denne undersøgelse blev offentliggjort i ACS Energy Letters .

For at håndtere den ugunstige massetransport, reaktionstermodynamik og kinetik ved direkte elektrolyse af fortyndet CO₂ , konstruerede forskerne reaktionsmikromiljø omkring katalytisk aktive steder ved molekylært at modificere CoPc-elektroder med et poly(4-vinylpyridin) (P4VP) molekyle. Det dannede reaktionsmikromiljø integrerede effektivt opfangningen og omdannelsen af ​​CO₂ fra fortyndede fødestrømme.

Med en hjemmelavet alkaline membrane electrode assembly (MEA) elektrolysator opnåede forskerne en bemærkelsesværdig CO-partialstrømtæthed på 252 mA cm ^-2 med en CO Faradaic effektivitet på 90 % under det fortyndede foder med en typisk CO₂ koncentrationen (10 %) i røggas, som var 2,24 gange højere end koncentrationen af ​​bare CoPc-elektrode.

Fysisk-kemiske og elektrokemiske strukturelle karakteriseringsresultater indikerede, at de rigelige pyridingrupper i P4VP-modificeringsmidlet sekventielt forbedrede den fysiske adsorption og kemiske aktivering af CO₂ over Co-steder af CoPc-katalysatorer, hvilket resulterer i den imponerende ydeevne til direkte elektrolyse af fortyndet CO₂ til CO.

Denne molekylære forbedringsstrategi, med yderligere præcis kontrol i katalysatorstrukturer og reaktionsmikromiljøer, vil holde meget løfte for den direkte elektrolyse af industriel røggas og den selektive produktion af multicarbon-kemikalier såsom ethylen.

Flere oplysninger: Bingyu Chen et al., Molekylær forbedring af direkte elektrolyse af fortyndet CO₂ , ACS Energy Letters (2024). DOI:10.1021/acsenergylett.3c02812

Journaloplysninger: ACS Energy Letters

Leveret af Chinese Academy of Sciences