Het omzetten van kooldioxide (CO₂ ) van industriële puntbronnen tot chemicaliën en brandstoffen die hernieuwbare energie gebruiken, kunnen de klimaatcrisis helpen aanpakken. CO₂ elektrolyse is een veelbelovende route.

Eerdere onderzoeken zijn over het algemeen uitgevoerd met zuiver of sterk geconcentreerd CO₂ voedt, terwijl de CO₂ De concentratie in het rookgas afkomstig van de verbranding van fossiele brandstoffen was zeer laag, doorgaans van 5% tot 15%. De energie- en kapitaalkosten die gepaard gaan met het afvangen en zuiveren van CO₂ uit rookgaspuntbronnen zijn zeer hoog. Het directe gebruik van industrieel rookgas, waarbij de afvang- en zuiveringsstappen worden omzeild voor de productie van zuiver CO₂ feeds is nog steeds een uitdaging.

Onlangs heeft een onderzoeksteam onder leiding van Profs. Wang Guoxiong en Gao Dunfeng van het Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) hebben in samenwerking met prof. An Qingda van de Dalian Polytechnic University een moleculaire verbeteringsstrategie voorgesteld voor directe elektrolyse van verdund CO ₂ aan CO. Deze studie is gepubliceerd in ACS Energy Letters .

Om te gaan met het ongunstige massatransport, de reactiethermodynamica en de kinetiek van directe elektrolyse van verdund CO₂ construeerden de onderzoekers een reactie-micro-omgeving rond katalytisch actieve plaatsen door CoPc-elektroden moleculair te modificeren met een poly (4-vinylpyridine) (P4VP) molecuul. De gevormde reactiemicro-omgeving integreerde op effectieve wijze de afvang en omzetting van CO₂ uit verdunde voedingsstromen.

Met een zelfgemaakte elektrolysator met alkalische membraanelektroden (MEA) bereikten de onderzoekers een opmerkelijke partiële CO-stroomdichtheid van 252 mA cm ^-2 met een CO Faraday-efficiëntie van 90% onder het verdunde voer met een typische CO₂ concentratie (10%) in rookgas, die 2,24 maal hoger was dan die van de kale CoPc-elektrode.

Fysisch-chemische en elektrochemische structurele karakteriseringsresultaten gaven aan dat de overvloedige pyridinegroepen van de P4VP-modificator achtereenvolgens de fysieke adsorptie en chemische activering van CO₂ verbeterden. over Co-locaties van CoPc-katalysatoren, resulterend in indrukwekkende prestaties voor directe elektrolyse van verdund CO₂ naar CO.

Deze moleculaire verbeteringsstrategie, met verdere nauwkeurige controle van de katalysatorstructuren en reactiemicro-omgevingen, zal grote beloften inhouden voor de directe elektrolyse van industrieel rookgas en de selectieve productie van multikoolstofchemicaliën zoals ethyleen.

Meer informatie: Bingyu Chen et al, Moleculaire verbetering van directe elektrolyse van verdund CO₂ , ACS Energiebrieven (2024). DOI:10.1021/acsenergylett.3c02812

Journaalinformatie: ACS Energiebrieven

Aangeboden door de Chinese Academie van Wetenschappen