Tres estrategias empleadas en este estudio para modular la concentración de CO2 local en una capa de catalizador (arriba) y la relación entre la concentración de CO2 local y la selectividad para productos de múltiples carbonos (abajo). Tenga en cuenta que la máxima selectividad se logra a una concentración local moderada de CO2. Crédito:Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST)
Un equipo de investigación de KAIST presentó tres enfoques novedosos para modular el dióxido de carbono local (CO 2 ) concentración en electrolizadores de flujo basados en electrodos de difusión de gas (GDE). Su estudio también demostró empíricamente que proporcionar un CO local moderado 2 La concentración es eficaz para promover reacciones de acoplamiento Carbono-Carbono (C-C) hacia la producción de moléculas de múltiples carbonos. Este trabajo, que aparece en la edición del 20 de mayo de Joule, sirve como una guía racional para ajustar el CO 2 transporte masivo para la producción óptima de valiosos productos multi-carbono.
En medio de los esfuerzos globales para reducir y reciclar el CO antropogénico 2 emisiones, CO 2 La electrólisis es muy prometedora para convertir CO 2 en productos químicos útiles que tradicionalmente se derivaban de combustibles fósiles. Muchas investigaciones han intentado mejorar la selectividad del CO 2 para productos de carbono múltiple comercial e industrialmente de alto valor como el etileno, etanol, y 1-propanol, debido a su alta densidad energética y gran tamaño de mercado.
Para lograr la conversión altamente selectiva de CO 2 en valiosos productos de carbono múltiple, Los estudios anteriores se han centrado en el diseño de catalizadores y el ajuste del entorno local relacionado con el pH, cationes, y aditivos moleculares.
CO convencional 2 Los sistemas electrolíticos dependían en gran medida de un electrolito alcalino que a menudo se consume en grandes cantidades cuando reacciona con el CO. 2 , y por lo tanto condujo a un aumento en los costos operativos. Es más, la vida útil de un electrodo catalizador era corta, debido a su reactividad química inherente.
En su estudio reciente, un grupo de investigadores de KAIST dirigido por el profesor Jihun Oh del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales informó que el CO local 2 La concentración ha sido un factor pasado por alto que afecta en gran medida la selectividad hacia productos de múltiples carbonos.
El profesor Oh y sus investigadores, el Dr. Ying Chuan Tan, Canción de Hakhyeon, y Kelvin Berm Lee propuso que existe una relación íntima entre el CO local 2 y selectividad de productos de carbono múltiple durante CO electroquímico 2 reacciones de reducción. El equipo empleó el modelo de transporte de masa de un electrolizador de flujo basado en GDE que utiliza nanopartículas de óxido de cobre (Cu2O) como catalizadores modelo. Luego identificaron y aplicaron tres enfoques para modular el CO local 2 concentración dentro de un sistema electrolítico basado en GDE, incluyendo 1) controlar la estructura de la capa de catalizador, 2) CO 2 concentración de alimento, y 3) caudal de alimentación.
Contrariamente a la intuición común, el estudio mostró que proporcionar un máximo de CO 2 El transporte conduce a una eficiencia faradaica subóptima del producto multi-carbono. En lugar de, restringiendo y proporcionando un CO local moderado 2 concentración, El acoplamiento C – C se puede mejorar significativamente.
Los investigadores demostraron experimentalmente que la tasa de selectividad aumentó del 25,4% al 61,9%, y del 5,9% al 22,6% para el CO 2 tasa de conversión. Cuando se usó un electrolito casi neutro más suave y barato, la estabilidad del CO 2 sistema electrolítico mejorado en gran medida, permitiendo más de 10 horas de producción selectiva constante de productos de múltiples carbonos.
Dr. Tan, el autor principal del artículo, dijo, "Nuestra investigación reveló claramente que la optimización del CO local 2 La concentración es la clave para maximizar la eficiencia de conversión de CO 2 en productos de carbono múltiple de alto valor ".
El profesor Oh agregó:"Se espera que este hallazgo brinde nuevos conocimientos a la comunidad investigadora sobre las variables que afectan el CO local 2 La concentración también son factores influyentes en el CO electroquímico. 2 rendimiento de la reacción de reducción. Mis colegas y yo esperamos que nuestro estudio se convierta en una piedra angular para las tecnologías relacionadas y sus aplicaciones industriales ".
