Três estratégias empregadas neste estudo para modular a concentração local de CO2 em uma camada de catalisador (parte superior) e a relação entre a concentração local de CO2 e a seletividade para produtos multicarbonatos (parte inferior). Observe que a seletividade máxima é alcançada em uma concentração local moderada de CO2. Crédito:Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia (KAIST)
Uma equipe de pesquisa KAIST apresentou três novas abordagens para modular o dióxido de carbono local (CO 2 ) concentração em eletrolisadores de fluxo baseados em eletrodo de difusão de gás (GDE). Seu estudo também demonstrou empiricamente que fornecer um CO local moderado 2 a concentração é eficaz na promoção de reações de acoplamento Carbono-Carbono (C-C) para a produção de moléculas de multicarbono. Este trabalho, apresentado na edição de 20 de maio da Joule, serve como um guia racional para ajustar o CO 2 transporte de massa para a produção ideal de valiosos produtos multicarbono.
Em meio aos esforços globais para reduzir e reciclar CO antropogênico 2 emissões, CO 2 eletrólise é uma grande promessa para a conversão de CO 2 em produtos químicos úteis que eram tradicionalmente derivados de combustíveis fósseis. Muitas pesquisas têm tentado melhorar a seletividade do CO. 2 para produtos multicarbonatos de alto valor comercial e industrial, como etileno, etanol, e 1-propanol, devido à sua alta densidade de energia e grande tamanho do mercado.
A fim de alcançar a conversão altamente seletiva de CO 2 em valiosos produtos multicarbono, estudos anteriores enfocaram o projeto de catalisadores e o ajuste do ambiente local relacionado ao pH, cátions, e aditivos moleculares.
CO convencional 2 sistemas eletrolíticos dependem fortemente de um eletrólito alcalino que é frequentemente consumido em grandes quantidades ao reagir com CO 2 , e, portanto, levou a um aumento nos custos operacionais. Além disso, a vida útil de um eletrodo catalisador era curta, devido à sua reatividade química inerente.
Em seu estudo recente, um grupo de pesquisadores KAIST liderado pelo professor Jihun Oh do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais relatou que o CO local 2 a concentração tem sido um fator esquecido que afeta amplamente a seletividade para produtos multicarbonatos.
Professor Oh e seus pesquisadores, Dr. Ying Chuan Tan, Hakhyeon Song, e Kelvin Berm Lee propôs que existe uma relação íntima entre o CO local 2 e seletividade de produto multicarbono durante o CO eletroquímico 2 reações de redução. A equipe empregou a modelagem de transporte de massa de um eletrolisador de fluxo baseado em GDE que utiliza nanopartículas de óxido de cobre (Cu2O) como catalisadores modelo. Eles então identificaram e aplicaram três abordagens para modular o CO local 2 concentração dentro de um sistema eletrolítico baseado em GDE, incluindo 1) controlar a estrutura da camada de catalisador, 2) CO 2 concentração de ração, e 3) taxa de fluxo de alimentação.
Ao contrário da intuição comum, o estudo mostrou que fornecer um máximo de CO 2 o transporte leva a uma eficiência faradaica do produto multicarbono abaixo do ideal. Em vez de, restringindo e fornecendo um CO local moderado 2 concentração, O acoplamento C – C pode ser significativamente aprimorado.
Os pesquisadores demonstraram experimentalmente que a taxa de seletividade aumentou de 25,4% para 61,9%, e de 5,9% a 22,6% para o CO 2 taxa de conversão. Quando um eletrólito quase neutro mais suave barato foi usado, a estabilidade do CO 2 sistema eletrolítico melhorou em grande medida, permitindo mais de 10 horas de produção seletiva constante de produtos multicarbono.
Dr. Tan, o autor principal do artigo, disse, "Nossa pesquisa revelou claramente que a otimização do CO local 2 concentração é a chave para maximizar a eficiência de conversão de CO 2 em produtos multicarbonatos de alto valor. "
Professor Oh acrescentou, "Espera-se que esta descoberta forneça novos insights para a comunidade de pesquisa de que as variáveis que afetam o CO local 2 concentração também são fatores influentes no CO eletroquímico 2 desempenho da reação de redução. Meus colegas e eu esperamos que nosso estudo se torne a base para tecnologias relacionadas e suas aplicações industriais. "
