Gözenekli su elektroliti kullanılarak yüksek saflıkta karbonmonoksitin verimli elektrosentezi

Bir araştırma grubu, yüksek saflıkta karbon monoksit elde etmek için yeni bir yöntem geliştirdi.

Yüksek saflıktakarbon monoksit (CO)Kimya endüstrisinde önemli bir hammadde olan CO₂, fosgen ve metal karbonil bileşiklerinin hazırlanmasında yaygın olarak kullanılmaktadır. Günümüzde CO₂ üretimi hala büyük ölçüde fosil yakıtlara dayanmakta ve enerji yoğun gaz arıtma adımlarını içermektedir. Elektrokatalitik CO₂ indirgeme (CO₂RR), yeşil CO₂ sentezi için ideal bir strateji olarak kabul edilmektedir. Bununla birlikte, pratikte, elektroliz ürünü genellikle büyük miktarda reaksiyona girmemiş CO₂ ve safsızlıklar içermekte ve bu da yüksek ayırma maliyetlerine yol açmaktadır. Bu nedenle, düşük CO₂ konsantrasyonlarında yüksek saflıkta CO₂'nin doğrudan sentezi, CO₂ elektroindirgeme alanında önemli bir zorluk haline gelmiştir. Bu çalışma, düşük CO₂ konsantrasyonlu bir ortamda (%15 CO₂) yüksek saflıkta CO₂'nin (%97,0 ağırlıkça) verimli ve kararlı sentezini sağlayan, "gözenekli su" elektrolitine dayalı yeni bir strateji önermekte ve CO₂'nin kaynak kullanımına ilişkin yeni bakış açıları sunmaktadır.

Araştırma Özeti

Bu çalışmada, gözenekli suya dayalı yeni bir elektrolit (Gözenekli Elektrolit, PE) geliştirilmiştir. Dağılmış zeolit ​​nanokristalleri (zeolit-NC), kararlı bir mikrogözenekli ortam sağlayarak sıvı fazda CO₂'nin verimli bir şekilde adsorpsiyonunu ve zenginleştirilmesini mümkün kılar. Elektrik alanının etkisi altında, CO₂ arayüzey konsantrasyon gradyanı yoluyla kendiliğinden salınır ve Ni-N/C elektrokatalizör üzerinde verimli bir şekilde CO'ya dönüştürülür. Bu strateji, geleneksel çok adımlı CO₂ yakalama-rejenerasyon-elektroliz sürecinden kaçınarak CO₂RR'nin ürün saflığını önemli ölçüde artırır. 150 mA cm⁻² akım yoğunluğunda, CO saflığı %90,0'ın üzerinde kalırken enerji tüketimi ve maliyetler önemli ölçüde azalır. Bu yöntem, yüksek saflıkta CO₂'nin elektrosentezi için yeni ve verimli bir yol sağlar.

Araştırma Bulguları

1. “Gözenekli Su”, CO₂ Adsorpsiyonunu Artırır ve Yerel Konsantrasyonu Yükseltir
Zeolit ​​nanokristalleri kalıcı gözenekler sağlayarak CO₂'nin sıvı fazda fiziksel olarak adsorbe edilmesine ve bir elektrik alanının etkisi altında kendiliğinden desorbe edilmesine olanak tanır, böylece arayüzeydeki CO₂ konsantrasyonu artar.

2. Yüksek Saflıkta CO Elektrosentezinin Elde Edilmesi

%15 CO₂ atmosferi altında, bu strateji ayırma sorunlarından kaçınarak doğrudan %97,0 ağırlıkça saflıkta CO₂ sentezleyebilir.Geleneksel CO₂RR'de tepkimeye girmemiş CO₂'den kaynaklanır.

3. Düşük Enerji Tüketimi ve Yüksek Kararlılık

Geleneksel CO₂ rejenerasyon-ayırma stratejilerine kıyasla, bu yöntem enerji tüketimini %49,3 oranında azaltmaktadır ve100 mA cm⁻² akım yoğunluğunda 20 saatten fazla süreyle istikrarlı bir şekilde çalışabilir ve mükemmel uzun vadeli kararlılık sergiler.

4. Arayüzey Elektrik Alanı Elektron Taşınımını Artırır ve Reaksiyon Kinetiğini Hızlandırır

K⁺ ve Si-OH arasındaki yüzey iyon değişim etkileşimi, arayüzey elektrik alanını artırarak elektron hareketini hızlandırır.ve böylece CO₂RR'nin içsel aktivitesini artırır.