يوجه هذا البروتوكول التصنيع والتحليل الكهروكيميائي للمحفزات الكهربائية ثنائية المعدن CuZn و NiCo المدعومة ب MXene لإنتاج الوقود الأخضر من ثاني أكسيد الكربون والماء باستخدام الطاقة الشمسية.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
إنتاج الوقود الكهروكيميائي الأخضر الذي يعمل بالطاقة الشمسية من ثاني أكسيد الكربون2 والمياه باستخدام محفزات CuZn و NiCo المدعومة من Ti3C2Tx MXene
في هذه المقالة
ملخص
الملخص
يصف هذا البروتوكول التوليف ورسم خرائط النشاط للكاثودات ثنائية المعدن المدعومة ب MXene لتقليل ثاني أكسيد الكربون (CO2R) والأنودات لتقسيم المياه باستخدام الطاقة الشمسية في الوسائط القلوية. تم استخدام تقنية الترسيب الكهربائي لنبض التيار العكسي للتحكم في البنية النانوية ، وصقل الحبوب ، وتكوين السبائك للأقطاب الكهربائية المصنعة. كل من الأنودات والكاثودات خالية من المعادن النبيلة ومدعومة بكربيد التيتانيوم ثنائي الأبعاد (2D) (Ti3C2Tx) MXene ، مما يقلل من مقاومة التلامس ويسهل نقل الشحنة من الركيزة إلى المواد المتفاعلة عبر المحفزات. يتم استخدام زنك النحاس (CuZn) المدعوم على Ti3C2Tx MXene ككاثودات لإنتاج الميثانول في تحويل ثاني أكسيد الكربون2 المحفز الحراري ، وهنا أظهرنا أدائها في تقليل ثاني أكسيد الكربون الكهروكيميائي2 (CO2R) لأول مرة. يتم تصنيع الكوبالت من النيكل (NiCo) المدعوم على Ti3C2T x MXene بالمثل عن طريق الترسيب الكهربائي النبضي ويتم اختباره كأنودات للتحليل الكهربائي للماء مدفوعا بخلية شمسية في ظل ظروف معملية مبسطة. يصف النشاط أيضا التوصيف الهيكلي للأغشية الرقيقة المعدنية. تم توضيح الإعداد التفصيلي لدمج أحدث الخلايا الشمسية الترادفية المصنوعة من السيليكون البيروفسكايت مع الخلية الكهروكيميائية ، والتي بدورها تغذي كروماتوغرافيا الغاز المضمنة ، لكل من ثاني أكسيد الكربون2R والتحليل الكهربائي للماء (WE). يتم عرض إعداد يوضح بالتفصيل التحليل الكهربائي للماء في الظروف التجارية للمحاليل القلوية شديدة الكاوية (30٪ KOH) ، ودرجات الحرارة المرتفعة (60 درجة مئوية) ، وفي خلية خالية من الفجوة على الأنود المصنع المقترن بكاثود مطلي بالرش Pt / C.
المقدمة
يعد استبدال الوقود الأحفوري ببدائل عديمة الانبعاثات أمرا بالغ الأهمية لإزالة الكربون من قطاع الطاقة وزيادة استخدام الطاقة المتجددة1،2،3. أصبح تحويل ثاني أكسيد الكربون (CO 2) إلى أول أكسيد الكربون (CO) والميثان (CH4) وأنواع الوقود الكربونية الأخرى طريقا مهما لمنع المزيد من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون 2 وخلق اقتصاد دائري للكربون4. وبالمثل ، من المتوقع أن يؤدي استبدال الوقود الأحفوري بالهيدروجين عالي الكثافة للطاقة إلى تسريع انتقال الطاقة من الوقود الأحفوري إلى الوقود الخالي من الانبعاثات<....
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
البروتوكول
يتم سرد الكواشف والمعدات المستخدمة في هذه الدراسة في جدول المواد.
1. توليف Ti3C2Tx MXene
- اغسل 1 جم من مرحلة Ti3AlC2 MAX المحسنة باستخدام حمض الهيدروكلوريك 9 M (HCl) لمدة 18 ساعة لإزالة الشوائب بين المعادن.
- قم بإعداد محلول النقش عن طريق خلط 12 M HCl والماء منزوع الأيونات (DI) و 50٪ بالوزن من حمض الهيدروفلوريك (HF) بنسبة حجم 6: 3: 1.
ملاحظة: حمض الهيدروفلوريك (HF) شديد السمية والتآكل. قم بتنفيذ جميع الخطوات التي تنطوي على HF في غطاء دخان معتمد أثناء ارتداء معدات الحماية الشخصية المناسبة (PPE) ، بما في ذلك القفازات....
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
النتائج
تستخدم تقنية حيود الأشعة السينية لتحليل التركيب البلوري الصلب للأغشية المعدنية. قطع عينات الفيلم بحجم مناسب (يناسب كعب العينة لجهاز XRD). قم بتحميل العينات في الجهاز وامسح نطاق 2Θ من 10 درجة إلى 80 درجة. يوضح الرسم البياني XRD الذي تم الحصول عليه إشارات الذروة للمستويات البلورية الموجودة في المادة. استخدم النمط المرجعي للمركز الدولي لبيانات الحيود (ICDD) لتحديد التركيب البلوري وتحليله بشكل أكبر ، مثل القمم الرئيسية ، والتباعد بين D ، وتحولات الذروة بسبب ت.......
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المناقشة
تقدم هذه الدراسة بروتوكول تخليق الأقطاب الكهربائية ثنائية المعدن لتفاعلات الأكسدة والاختزال التي تحركها الطاقة الشمسية لتوليد الوقود. يعتمد إزالة الكربون من قطاع الطاقة بشكل كبيرعلى تحويل ثاني أكسيد الكربون 2 035،36،37 واستخدام الوقود عديم الانبعاثات مثل الهيدروجين المتولد من الماء38،39. يحتاج التحول الكهروكيميائي الذي يحركه ا.......
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
الإفصاحات
المؤلفون ليس لديهم ما يكشفون عنه.
شكر وتقدير
يرغب المؤلفون في الاعتراف بدعم معهد هنري رويس للمواد المتقدمة من خلال برنامج التعاون الصناعي (RICP-R4-100061) و MATcelerateZero (MATZ0) ، الممولة من منحة مقدمة من مجلس أبحاث العلوم الهندسية والفيزيائية EP / X527257 / 1. يقر المؤلفون بوزارة أمن الطاقة و Net Zero (معرف المشروع: NEXTCCUS) ، والبحوث والابتكار والمشاركة العالمية في كلية لندن الجامعية ، وجوائز التعاون في شراكة جامعة سيدني - كلية لندن الجامعية ، وصناديق الشركاء الاستراتيجيين لجامعة UCL-Beijing ، وجوائز التعاون الاستراتيجي العالمي من جامعة كاليفورنيا في كلية لندن ، وصندوق البذور المشترك IISc-UCL لدعمهم المالي. يقر المؤلفون ببرنامج ACT (تسريع تقنيات CCS ، مشروع Horizon 2020 رق....
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المواد
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| أوتلاب 302 | مترو روم المملكة المتحدة | PGSTAT302N | يقيم النشاط الكهروكيميائي للنظام (CO2R وWE) |
| سداسي هيدرات نترات الكوبالت | سيغما ألدريتش | 98 10026-22-9 | مقدمة لأنود تحليل الماء |
| نترات النحاس ثلاثي الهيدرات | سيغما ألدريتش | 10031-43-3. | مقدمة لكاثود ثاني أكسيد الكربون |
| مصدر الضوء | تقنية SOION | مصباح الزينون | مصدر الضوء لإضاءة الخلية الشمسية |
| نيكل نترات سداسي الهيدرات | سيغما ألدريتش | 13478-00-7 | مقدمة لأنود تحليل الماء |
| الكروماتوغرافيا الغازية عبر الإنترنت | أجيلينت | 8890 | متصلة بالخلية الكهروكيميائية وتدور عينة ، ~10 ميكرولتر غاز كل 10 دقائق أو الوقت الموصوف في الأمر للتحديد والتكميم. |
| مضخات التوازي | تقنية SOION | BT100-3J | لتدفق الإلكتروليت في خلية خالية من الفجوة. |
| هيدروكسيد البوتاسيوم | سيغما ألدريتش | 1310-58-3 | الإلكتروليت لتحليل ثاني أكسيد الكربون والماء. |
| الخلية الشمسية (الخلايا الكهروضوئية) | مخزن خلايا الوقود | خلية سيليكون متتالية يمكنها تزويد ما يصل إلى 4 فولت من الجهد وتيارات ~300 مللي أمبير | |
| غشاء الاستدامة | مواد ثاني أكسيد الأكسيد | X37-50 Grade RT | غشاء تبادل الأنيون المستخدم لنقل الأيونات من الكاثود إلى الأنود وإيقاف تقاطعات الغاز والنواتج. |
| Ti3C2Tx MXene | مختبر أناسوري، جامعة بيردو | ||
| فيونيك | مترو روم المملكة المتحدة | 3500001080 | يقيم النشاط الكهروكيميائي للنظام (ثاني أكسيد الكربون وWE) عند التيارات الأعلى. لديها تيار أعلى ونوافذ محتملة. |
| سترات الزنك | سيغما ألدريتش | 480762 | مقدمة لكاثود ثاني أكسيد الكربون |
المراجع
- Brauns, J., Turek, T. Alkaline water electrolysis powered by renewable energy: A review. Processes. 8 (2), 248(2020).
- Dinh, C. T., Li, Y. C., Sargent, E. H. Boosting the single-pass conversion for renewable chemical electrosynthesis. Joule. 3 (1), 13-15 (....
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
إعادة الطباعة والأذونات
