Исследовательская группа разработала новый метод извлечения высокочистого монооксида углерода.
Высокая чистотаОксид углерода (CO)CO₂ является ключевым сырьем в химической промышленности и широко используется для получения фосгена и металлокарбонильных соединений. В настоящее время производство CO₂ по-прежнему в основном зависит от ископаемого топлива и включает энергоемкие этапы очистки газа. Электрокаталитическое восстановление CO₂ (CO₂RR) считается идеальной стратегией для экологически чистого синтеза CO₂. Однако на практике продукт электролиза часто содержит большое количество непрореагировавшего CO₂ и примесей, что приводит к высоким затратам на последующее разделение. Поэтому прямой синтез высокочистого CO₂ при низких концентрациях CO₂ стал серьезной проблемой в области электровосстановления CO₂. В данном исследовании предлагается новая стратегия, основанная на электролите «пористая вода», обеспечивающая эффективный и стабильный синтез высокочистого CO₂ (97,0 мас.%) в среде с низкой концентрацией CO₂ (15% CO₂), что открывает новые возможности для рационального использования ресурсов CO₂.
Краткое изложение результатов исследования
В данном исследовании разработан новый электролит (пористый электролит, ПЭ) на основе пористой воды. Диспергированные нанокристаллы цеолита (цеолит-НК) обеспечивают стабильную микропористую среду, позволяющую эффективно адсорбировать и обогащать CO₂ в жидкой фазе. Под действием электрического поля CO₂ спонтанно высвобождается через межфазный градиент концентрации и эффективно преобразуется в CO на электрокатализаторе Ni-N/C. Эта стратегия позволяет избежать традиционного многоступенчатого процесса захвата-регенерации-электролиза CO₂, значительно повышая чистоту продукта восстановления CO₂. При плотности тока 150 мА·см⁻² чистота CO остается выше 90,0 мас.%, при этом значительно снижаются энергопотребление и затраты. Этот метод обеспечивает новый и эффективный способ электросинтеза высокочистого CO₂.
Основные результаты исследования
1. «Пористая вода» усиливает адсорбцию CO₂ и увеличивает локальную концентрацию.
Нанокристаллы цеолита обеспечивают наличие постоянных пор, позволяя CO₂ физически адсорбироваться в жидкой фазе и спонтанно десорбироваться под действием электрического поля, тем самым увеличивая концентрацию CO₂ на границе раздела фаз.
2. Получение высокочистого CO методом электросинтеза
В атмосфере с содержанием CO₂ 15% эта стратегия позволяет напрямую синтезировать CO₂ чистотой 97,0 мас.%, избегая проблем с разделением.вызвано непрореагировавшим CO₂ в традиционном процессе восстановления CO₂.
3. Низкое энергопотребление и высокая стабильность.
По сравнению с традиционными стратегиями регенерации и разделения CO₂, этот метод снижает энергопотребление на 49,3%.способен стабильно работать более 20 часов при 100 мА·см⁻², демонстрируя превосходную долговременную стабильность.
4. Межфазное электрическое поле усиливает перенос электронов и ускоряет кинетику реакции.
Взаимодействие ионного обмена на поверхности между K⁺ и Si-OH усиливает межфазное электрическое поле, ускоряя движение электронов.перенос и, таким образом, повышение внутренней активности CO₂RR.
Дата публикации: 09.09.2025