Un gruppo di ricerca ha sviluppato un nuovo metodo per estrarre monossido di carbonio ad elevata purezza.
Elevata purezzamonossido di carbonio (CO)La CO₂ è una materia prima fondamentale nell'industria chimica, ampiamente utilizzata nella preparazione di fosgene e composti carbonilici metallici. Attualmente, la produzione di CO₂ si basa ancora principalmente sui combustibili fossili e comporta fasi di purificazione del gas ad alta intensità energetica. La riduzione elettrocatalitica della CO₂ (CO₂RR) è considerata una strategia ideale per la sintesi di CO₂ verde. Tuttavia, in pratica, il prodotto dell'elettrolisi spesso contiene grandi quantità di CO₂ non reagita e impurità, con conseguenti elevati costi di separazione successivi. Pertanto, la sintesi diretta di CO₂ ad alta purezza a basse concentrazioni di CO₂ è diventata una sfida importante nel campo dell'elettroriduzione della CO₂. Questo studio propone una nuova strategia basata su un elettrolita di "acqua porosa", che consente una sintesi efficiente e stabile di CO₂ ad alta purezza (97,0% in peso) in un ambiente a bassa concentrazione di CO₂ (15% di CO₂), fornendo nuove prospettive per l'utilizzo della risorsa CO₂.
Sintesi della ricerca
Questo studio ha sviluppato un nuovo elettrolita (elettrolita poroso, PE) basato su acqua porosa. I nanocristalli di zeolite dispersi (zeolite-NC) forniscono un ambiente microporoso stabile, consentendo un efficiente adsorbimento e arricchimento di CO₂ nella fase liquida. Sotto l'azione di un campo elettrico, la CO₂ viene rilasciata spontaneamente attraverso un gradiente di concentrazione interfacciale e convertita in modo efficiente in CO su un elettrocatalizzatore Ni-N/C. Questa strategia evita il tradizionale processo multistep di cattura-rigenerazione-elettrolisi della CO₂, migliorando significativamente la purezza del prodotto della riduzione elettrochimica della CO₂ (CO₂RR). Ad una densità di corrente di 150 mA cm⁻², la purezza della CO rimane superiore al 90,0% in peso, riducendo significativamente il consumo energetico e i costi. Questo metodo fornisce una nuova ed efficiente via per l'elettrosintesi di CO₂ ad elevata purezza.
Punti salienti della ricerca
1. L'“acqua porosa” migliora l'assorbimento di CO₂ e aumenta la concentrazione locale
I nanocristalli di zeolite forniscono pori permanenti, che consentono l'adsorbimento fisico della CO₂ nella fase liquida e il suo desorbimento spontaneo sotto l'azione di un campo elettrico, aumentando così la concentrazione interfacciale di CO₂.
2. Realizzazione di un'elettrosintesi di CO ad elevata purezza
In un'atmosfera contenente il 15% di CO₂, questa strategia permette di sintetizzare direttamente CO₂ con una purezza del 97,0% in peso, evitando i problemi di separazione.causato dalla CO₂ non reagita nella tradizionale riduzione elettrochimica della CO₂.
3. Basso consumo energetico e alta stabilità
Rispetto alle tradizionali strategie di rigenerazione e separazione della CO₂, questo metodo riduce il consumo energetico del 49,3% ePuò funzionare stabilmente per oltre 20 ore a 100 mA cm⁻², dimostrando un'eccellente stabilità a lungo termine.
4. Il campo elettrico interfacciale migliora il trasporto degli elettroni e accelera la cinetica di reazione
L'interazione di scambio ionico superficiale tra K⁺ e Si-OH aumenta il campo elettrico interfacciale, accelerando gli elettronitrasferimento e quindi potenziamento dell'attività intrinseca della CO₂RR.
Data di pubblicazione: 9 settembre 2025