晚上和妽妽做爰,国产精品久久久久精品综合,亚洲gv猛男gv无码男同

電解可以將二氧化碳(CO₂)轉化為有用的化學物質，從原則上講，有助于實現更可持續和碳中和的未來。然而，將其發展成為一種強大的過程仍然具有挑戰性，因為有效的轉化通常需要二氧化碳以碳酸鹽形式沉淀的堿性條件，這限制了碳的利用和系統的穩定性。

物理洗滌、脈沖操作和偶極膜的使用等策略可以部分緩解這些問題，但不能完全解決它們。因此，在不形成碳酸鹽的酸性電解質中進行CO₂電解，最終被探索為一種更可行的解決方案。

在此，來自中國科學技術大學的姚濤&新西蘭奧克蘭大學的王子運&華中科技大學的夏寶玉等研究者開發了一種質子交換膜系統，該系統在源自廢鉛酸電池的催化劑下將CO₂還原為甲酸，其中晶格碳活化機制起作用。相關論文以題為“Durable CO₂ conversion in the proton-exchange membrane system”于2024年01月31日發表在Nature上。

碳酸鹽沉淀的主要問題阻礙了高效、可擴展的CO₂轉化的發展，如計算得到的Pourbaix圖(圖1a)所示，碳酸鹽的形成發生在很寬的pH范圍內。因此，為了避免甲酸生產過程中碳酸鹽的生成，在質子交換膜(PEM)系統下運行的強酸中的CO₂還原反應(CO₂RR)被認為是一種潛在的解決方案，利用最先進的電解技術，最終解決碳酸鹽的沉淀問題。

在此，研究者開發了一種PEM電解液，用于酸性CO₂電解，其中氫氣氧化反應(HOR)在陽極發生，CO₂在陰極直接轉化為甲酸(圖1b)。陰極回收Pb (r-Pb)催化劑是從鉛酸電池廢料中獲得的，工業上可以制備成公斤級甚至噸級(圖1c，插圖)。r-Pb催化劑是鉛和硫酸鉛(Pb-PbSO₄)的復合材料，其X射線衍射(XRD)圖(圖1c)顯示。

場發射掃描電子顯微術顯示，通過調整球磨時間，可以控制r-Pb的粒徑，從微米到納米(圖1d)。低溫電子顯微鏡觀察到兩個晶格條紋，分別為0.21 nm和0.29 nm，分別歸因于PbSO₄和Pb(圖1e)。能量色散X射線能譜圖進一步驗證了Pb、C、O和S的存在。傅里葉變換紅外光譜(FTIR)在1100 cm^?1處發現了一個特征硫酸鹽峰。此外，通過x射線光電子能譜(XPS)對r-Pb復合材料中的C 1s、O 1s、S 2p和Pb 4f信號進行了表征。

圖1.?物理表征

隨后，研究者然后評估了陰極CO₂RR在r-Pb催化劑上的電化學活性，在一個PEM電解液(pH 1.0)耦合陽極HOR。如圖2a所示，通過調整銑削時間得到的優化電極，甲酸法拉第效率超過93%，并在2.4 V槽電壓下獲得1.2 A cm^?2的高電流密度。

研究者還發現了幾乎相同的鉀離子對CO₂RR的影響，如文獻報道的那樣。r-Pb電極表現出優異的pH耐受性，在pH 0時法拉第效率高達64%(由于過度的HER動力學)，在其他所有pH值下法拉第效率均超過91%(圖2b)。然而，在堿性電解質(pH 14.0)中，碳酸鹽沉淀問題導致碳損失50%，而酸性PEM系統實現了低于1%的極低碳損失(圖2b)。

此外，通過優化該PEM器件中的CO₂氣體流量至3標準立方厘米min^?1 (sccm)，實現了約91%的CO₂單通道轉換效率(圖2c)。更重要的是，該器件可以在2.2 V、600ma cm^?2的電流密度下穩定運行5200 h(圖2d)。PEM系統所表現出的優異穩定性主要歸功于化學穩定的r-Pb催化劑，該催化劑在鉛酸電池中可以存活數萬小時。即使在300天后，這種r-Pb催化劑也顯示出幾乎未衰減的化學穩定性(圖2e)，并且與涉及啟動/關閉的實際操作具有良好的兼容性(圖2e，插圖)。

此外，三相界面電潤濕引起的電解液溢出往往導致系統故障。在這里，通過每200小時使用聚四氟乙烯(PTFE)乳液對氣體擴散電極進行再處理，保持了三相界面的穩定性(圖2f)。此外，PTFE膜負載r-Pb催化劑無需任何后處理操作即可達到2000 h的穩定性。

陽極反應在整個系統中起著至關重要的作用，它影響電池電壓、反應速率、產物分布、膜穩定性和系統壽命。通過在陽極使用HOR而不是水氧化反應(WOR)，研究者能夠降低整體電壓，更重要的是，避免產生有害的過氧化氫，這可能會降解甚至破壞PEM。這最終導致了膜的耐用性和PEM系統的長壽命(圖2g)。

此外，技術經濟分析(TEA)表明，與WOR策略相比，在陽極使用HOR的系統是可行的。當使用陸上風力可再生能源作為驅動力時，研究者可以實現更高的經濟利潤每噸甲酸。經過簡單的旋轉蒸發，電解液可以循環得到陰極液和甲酸溶液(2 M)。

在化學和電化學操作過程中，未發現鉛在電解液中泄漏。因此，一個面積為5×5 cm²的PEM反應器可以在2.7 V電壓下產生15 A的電流，甲酸生成的法拉第效率超過91%，證明了PEM系統的可擴展性。

圖2. 電化學測量

圖3. 原位表征

圖4. 理論研究

綜上所述，研究者注意到，盡管他們證明PEM系統能夠有效和穩定地將二氧化碳轉化為甲酸，但將其發展成一種能夠為更可持續和碳中和的未來做出貢獻的技術，將在很大程度上取決于真正可再生和負擔得起的電力、二氧化碳和氫氣的可用性。

參考文獻

Fang, W., Guo, W., Lu, R. et al. Durable CO₂ conversion in the proton-exchange membrane system. Nature 626, 86–91 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06917-5

原文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06917-5

原創文章，作者：計算搬磚工程師，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2024/02/01/500fedfcc4/

末成年小嫩xb,嫰bbb槡bbbb槡bbbb,免费无人区码卡密,成全高清mv电影免费观看

華中科技大學，2024年首篇Nature！

末成年小嫩xb,嫰bbb槡bbbb槡bbbb,免费无人区码卡密,成全高清mv电影免费观看

華中科技大學，2024年首篇Nature！

相關推薦

華中科技大學，2024年首篇Nature！