Electrosinteză eficientă a monoxidului de carbon de înaltă puritate folosind electrolit de tip „apă poroasă”

Un grup de cercetare a dezvoltat o nouă metodă pentru extragerea monoxidului de carbon de înaltă puritate.

Puritate ridicatămonoxid de carbon (CO)este o materie primă cheie în industria chimică, utilizată pe scară largă în prepararea fosgenului și a compușilor metalici carbonilici. În prezent, producția de CO se bazează în principal pe combustibili fosili și implică etape de purificare a gazelor care necesită multă energie. Reducerea electrocatalitică a CO₂ (CO₂RR) este considerată o strategie ideală pentru sinteza CO₂ ecologic. Cu toate acestea, în practică, produsul de electroliză conține adesea cantități mari de CO₂ nereacționat și impurități, ceea ce duce la costuri ulterioare ridicate de separare. Prin urmare, sinteza directă a CO₂ de înaltă puritate la concentrații scăzute de CO₂ a devenit o provocare majoră în domeniul electroreducerii CO₂. Acest studiu propune o strategie nouă, bazată pe un electrolit de tip „apă poroasă”, care realizează o sinteză eficientă și stabilă a CO₂ de înaltă puritate (97,0% greutate) într-un mediu cu concentrație scăzută de CO₂ (15% CO₂), oferind noi perspective asupra utilizării resurselor de CO₂.

Rezumatul cercetării

Acest studiu a dezvoltat un electrolit inovator (electrolit poros, PE) pe bază de apă poroasă. Nanocristalele de zeolit ​​dispersate (zeolit-NC) oferă un mediu microporos stabil, permițând adsorbția eficientă și îmbogățirea cu CO₂ în faza lichidă. Sub acțiunea unui câmp electric, CO₂ este eliberat spontan printr-un gradient de concentrație interfacială și convertit eficient în CO pe un electrocatalizator Ni-N/C. Această strategie evită procesul tradițional de captare-regenerare-electroliză a CO₂ în mai multe etape, îmbunătățind semnificativ puritatea produsului CO₂RR. La o densitate de curent de 150 mA cm⁻², puritatea CO rămâne peste 90,0% în greutate, reducând în același timp semnificativ consumul de energie și costurile. Această metodă oferă o cale nouă și eficientă pentru electrosinteza CO₂ de înaltă puritate.

Repere de cercetare

1. „Apa poroasă” îmbunătățește adsorbția CO₂ și crește concentrația locală
Nanocristalele de zeolit ​​oferă pori permanenți, permițând adsorbția fizică a CO₂ în faza lichidă și desorbția spontană sub acțiunea unui câmp electric, crescând astfel concentrația de CO₂ la interfață.

2. Obținerea electrosintezei CO2 de înaltă puritate

Sub o atmosferă de 15% CO₂, această strategie poate sintetiza direct 97,0% CO₂ pur, evitând problemele de separare.cauzată de CO₂ nereacționat în CO₂RR tradițional.

3. Consum redus de energie și stabilitate ridicată

Comparativ cu strategiile tradiționale de regenerare-separare a CO₂, această metodă reduce consumul de energie cu 49,3% șipoate funcționa stabil timp de peste 20 de ore la 100 mA cm⁻², demonstrând o stabilitate excelentă pe termen lung.

4. Câmpul electric interfacial îmbunătățește transportul de electroni și accelerează cinetica reacției

Interacțiunea de schimb ionic de suprafață dintre K⁺ și Si-OH amplifică câmpul electric interfacial, accelerând electronii.transfer și astfel sporind activitatea intrinsecă a CO₂RR.