الکتروسنتز کارآمد مونوکسید کربن با خلوص بالا با استفاده از الکترولیت "آب متخلخل"

یک گروه تحقیقاتی روش جدیدی برای استخراج مونوکسید کربن با خلوص بالا ابداع کرده است.

خلوص بالامونوکسید کربن (CO)یک ماده اولیه کلیدی در صنایع شیمیایی است که به طور گسترده در تهیه ترکیبات فسژن و کربونیل فلزی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در حال حاضر، تولید CO هنوز در درجه اول به سوخت‌های فسیلی متکی است و شامل مراحل تصفیه گاز با انرژی بالا است. کاهش الکتروکاتالیستی CO₂ (CO₂RR) یک استراتژی ایده‌آل برای سنتز سبز CO₂ در نظر گرفته می‌شود. با این حال، در عمل، محصول الکترولیز اغلب حاوی مقادیر زیادی CO₂ واکنش نداده و ناخالصی‌ها است که منجر به هزینه‌های جداسازی بالای بعدی می‌شود. بنابراین، سنتز مستقیم CO₂ با خلوص بالا در غلظت‌های پایین CO₂ به یک چالش بزرگ در زمینه کاهش الکتریکی CO₂ تبدیل شده است. این مطالعه یک استراتژی جدید مبتنی بر الکترولیت "آب متخلخل" را پیشنهاد می‌کند که به سنتز کارآمد و پایدار CO₂ با خلوص بالا (97.0٪ وزنی) در محیطی با غلظت پایین CO₂ (15٪ CO₂) دست می‌یابد و بینش‌های جدیدی را برای استفاده از منابع CO₂ ارائه می‌دهد.

خلاصه تحقیق

این مطالعه یک الکترولیت جدید (الکترولیت متخلخل، PE) بر پایه آب متخلخل ایجاد کرد. نانوکریستال‌های زئولیت پراکنده (zeolite-NC) یک محیط میکرومتخلخل پایدار فراهم می‌کنند که امکان جذب و غنی‌سازی کارآمد CO₂ را در فاز مایع فراهم می‌کند. تحت تأثیر میدان الکتریکی، CO₂ به طور خودبه‌خود از طریق یک گرادیان غلظت بین سطحی آزاد می‌شود و به طور مؤثر روی یک الکتروکاتالیست Ni-N/C به CO تبدیل می‌شود. این استراتژی از فرآیند سنتی جذب-بازسازی-الکترولیز CO₂ چند مرحله‌ای جلوگیری می‌کند و خلوص محصول CO₂RR را به طور قابل توجهی بهبود می‌بخشد. در چگالی جریان ۱۵۰ میلی‌آمپر بر سانتی‌متر مربع، خلوص CO₂ بالای ۹۰.۰ درصد وزنی باقی می‌ماند و در عین حال مصرف انرژی و هزینه‌ها را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد. این روش مسیری جدید و کارآمد برای الکتروسنتز CO₂ با خلوص بالا فراهم می‌کند.

نکات برجسته تحقیق

۱. «آب متخلخل» جذب CO₂ را افزایش داده و غلظت موضعی را افزایش می‌دهد
نانوبلورهای زئولیت منافذ دائمی ایجاد می‌کنند که به CO₂ اجازه می‌دهد تا به صورت فیزیکی در فاز مایع جذب شده و تحت تأثیر میدان الکتریکی به صورت خود به خودی دفع شود و در نتیجه غلظت CO₂ در سطح مشترک افزایش یابد.

۲. دستیابی به الکتروسنتز CO با خلوص بالا

تحت اتمسفر ۱۵٪ CO₂، این استراتژی می‌تواند مستقیماً ۹۷.۰٪ وزنی CO₂ خالص را سنتز کند و از مشکلات جداسازی جلوگیری کند.ناشی از CO₂ واکنش نداده در CO₂RR سنتی.

۳. مصرف انرژی پایین و پایداری بالا

در مقایسه با استراتژی‌های سنتی بازیابی-جداسازی CO₂، این روش مصرف انرژی را ۴۹.۳٪ کاهش می‌دهد ومی‌تواند بیش از 20 ساعت در 100 میلی‌آمپر بر سانتی‌متر مربع به طور پایدار کار کند که نشان‌دهنده پایداری بلندمدت عالی است.

۴. میدان الکتریکی بین سطحی، انتقال الکترون را افزایش داده و سینتیک واکنش را تسریع می‌کند

برهمکنش تبادل یونی سطحی بین K+ و Si-OH میدان الکتریکی بین سطحی را افزایش می‌دهد و حرکت الکترون‌ها را شتاب می‌دهد.انتقال و در نتیجه افزایش فعالیت ذاتی CO₂RR.