פרוטוקול זה מנחה את הייצור והניתוח האלקטרוכימי של אלקטרו-קטליזטורים דו-מתכתיים CuZn ו-NiCo הנתמכים על ידי MXene לייצור דלק ירוק מפחמן דו חמצני ומים באמצעות אנרגיה סולארית.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
ייצור דלק ירוק אלקטרוכימי מונע שמש מ-CO2 ומים באמצעות זרזי CuZn ו-NiCo נתמכיTi 3C2T x MXene
במאמר זה
סיכום
תקציר
פרוטוקול זה מתאר את הסינתזה ומיפוי הפעילות של קתודות דו-מתכתיות הנתמכות על ידי MXene להפחתת פחמן דו חמצני (CO2R) ואנודות לפיצול מים תוך שימוש באנרגיה סולארית במדיה אלקליין. נעשה שימוש בטכניקת אלקטרודפוזיציה של דופק זרם הפוך כדי לשלוט בננו-מבנה, עידון התבואה והרכב הסגסוגת של האלקטרודות המיוצרות. גם האנודות וגם הקתודה נטולות מתכות אצילות ונתמכות על טיטניום קרביד דו-ממדי (2D) MXene,מה שמפחית את התנגדות המגע ומקל על העברת המטען מהמצע למגיבים באמצעות זרזים. אבץ נחושת (CuZn) הנתמך על Ti3C2Tx MXene משמשים כקתודה לייצור מתנול בהמרת CO2 תרמו-קטליטית, וכאן הדגמנו לראשונה את ביצועיהם בהפחתת CO2 אלקטרוכימית (CO2R). ניקל קובלט (NiCo) הנתמך על Ti3C2Tx MXene מיוצרים באופן דומה באמצעות אלקטרודפוזיציה של דופק ונבדקים כאנודות לאלקטרוליזה של מים המונעים על ידי תא סולארי בתנאי מעבדה פשוטים. הפעילות מתארת גם את האפיון המבני של סרטים דקים מתכתיים. הגדרה מפורטת לשילוב התא הסולארי טנדם סיליקון פרובסקיט המתקדם עם תא אלקטרוכימי, אשר בתורו מזין כרומטוגרפיית גז בשורה, מודגמת הן עבור CO2R והן עבור אלקטרוליזה של מים (WE). מערך המפרט את אלקטרוליזה המים בתנאים מסחריים של תמיסות אלקליין קאוסטיות מאוד (30% KOH), טמפרטורות גבוהות (60 מעלות צלזיוס), ובתא אפס פער מודגם על האנודה המפוברקת בשילוב עם קתודה מצופה ריסוס Pt/C.
מבוא
החלפת דלקים מאובנים בחלופות אפס פליטות היא קריטית להפחתת הפחמן של משק האנרגיה ולהגברת השימוש באנרגיה מתחדשת 1,2,3. המרה של פחמן דו חמצני (CO2) לפחמן חד חמצני (CO), מתאן (CH4) ודלקים פחמניים אחרים הופכת לנתיב חשוב למניעת פליטותCO2 נוספות ויצירת כלכלת פחמן מעגלית4. באופן דומה, החלפת דלקים מאובנים במימן בצפיפות אנרגיה גבוהה צפויה להאיץ את מעבר האנרגיה מדלקים מבוססי מאובנים לאפס פליטות 5,6,7,8.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פרוטוקול
הריאגנטים והציוד המשמשים במחקר זה מפורטים בטבלת החומרים.
1. סינתזה של Ti3C2Tx MXene
- שטפו 1 גרם של שלב Ti3AlC2 MAX אופטימלי באמצעות חומצה הידרוכלורית 9 M (HCl) למשך 18 שעות כדי להסיר זיהומים בין-מתכתיים.
- הכן את תמיסת התחריט על ידי ערבוב של 12 M HCl, מים נטולי יונים (DI) ו-50% חומצה הידרופלואורית (HF) ביחס נפח של 6:3:1.
הערה: חומצה הידרופלואורית (HF) רעילה מאוד וקורוזיבית. בצע את כל השלבים הכרוכים ב-HF במכסה אדים מוסמך תוך לבישת ציוד מגן אישי מתאים (PPE), כולל כפפות, מעיל מעבדה ומגן פנים. - הוסיפו את אבקת ....
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
תוצאות
טכניקת עקיפה של קרני רנטגן משמשת לניתוח מבנה הגביש המוצק של סרטי המתכת. חותכים דגימות סרט בגודל מתאים (מתאים לבדל הדגימה של מכונת XRD). טען את הדגימות במכונה וסרוק טווח של 2Θ מ-10° עד 80°. גרף ה-XRD שהתקבל מציג אותות שיא עבור מישורי הגביש הקיימים בחומר. השתמש בדפוס הייחוס של המרכז הבינלאומי לנתוני עקיפה (ICDD) כדי לזהות ולנתח עוד יותר את מבנה הגביש, כמו פסגות ראשיות, מרווח d והיסטי שיא עקב היווצרות סגסוגת. מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM) משמש להצגת המבנה ה.......
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
דיון
מחקר זה מציג את הפרוטוקול לסינתזה של אלקטרודות דו-מתכתיות לתגובות חמצון חיזור מונעות שמש לייצור דלק. הפחתת הפחמן של מגזר האנרגיה תלויה במידה רבה בהמרתCO20 35,36,37 ושימוש בדלקים אפסיים כמו מימן המופק ממים 38,39. טרנספורמציה אלקטרוכימית מונעת שמש של פחמן דו חמצני ומים זקוקה לשילוב של זרזים (אנודות וקתודה) המתפקדים בביצועי השיא .......
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
גילויים
לסופרים אין מה לחשוף.
תודות
המחברים מבקשים להכיר בתמיכתו של מכון הנרי רויס לחומרים מתקדמים באמצעות תוכנית שיתוף הפעולה התעשייתי (RICP-R4-100061) ו-MATcelerateZero (MATZ0), הממומנת ממענק שניתן על ידי מועצת המחקר להנדסה ומדעי הפיזיקה EP/X527257/1. המחברים מודים למחלקה לביטחון אנרגיה ואפס נטו (מזהה פרויקט: NEXTCCUS), למחקר, חדשנות ומעורבות גלובלית של אוניברסיטת קולג' לונדון, לפרסי שיתוף הפעולה של אוניברסיטת סידני - יוניברסיטי קולג' לונדון, לקרנות השותפים האסטרטגיים של אוניברסיטת UCL-פקין, לפרסי שיתוף הפעולה האסטרטגי הגלובלי של קורנל-UCL ולקרן הזרעים המשותפת של IISc-UCL על תמיכתם הכספית. המחברים מודים לתוכנית ACT (האצת טכנולוגיות CCS, פרויקט Horizon 2020 מס' 691712)....
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
חומרים
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| Autolab 302 | מטרוהם בריטניה | PGSTAT302N | הוא מעריך את הפעילות האלקטרוכימית של המערכת (CO2R ו-WE) |
| נקטראט קובלט הקשהידרט | סיגמא אלדריץ' | 98 10026-22-9 | קדם לאנודת אלקטרוליזה של מים |
| טריהידרט ניטראט נחושת | סיגמא אלדריץ' | 10031-43-3. | קדם לקתודה CO2R |
| מקור אור | SOION טק | מנורת קסנון | מקור אור להאיר את תא השמש |
| ניקל ניטראט הקשהידרט | סיגמא אלדריץ' | 13478-00-7 | קדם לאנודת אלקטרוליזה של מים |
| כרומטוגרפיית גז מקוונת | אג'ילנט | 8890 | מחובר לתא האלקטרוכימי ומעביר דגימה, ~10 מיקרוליטר גז כל 10 דקות או זמן המתואר בפקודה לזיהוי וכמות. |
| משאבות פריסטלטיות | SOION טק | BT100-3J | לזרימת אלקטרוליט בתא ללא פערים. |
| אשלגן הידרוקסיד | סיגמא אלדריץ' | 1310-58-3 | אלקטרוליט ל-CO2R ואלקטרוליזה של מים. |
| תא סולארי (תא פוטו-וולטאי) | מחסן תאי דלק | תא טנדם מסיליקון שיכול לספק עד 4 וולט של פוטנציאל וזרמים של ~300mA | |
| ממברנת הקיימות | חומרים דו-חמצניים | X37-50 דרגת RT | ממברנת חילוף אניון המשמשת להעברת יונים מקתודה לאנודה ועצירת גזים ומוצרים. |
| Ti3C2Tx MXene | מעבדת אנאסורי, אוניברסיטת פרדו | ||
| ויוניק | מטרוהם בריטניה | 3500001080 | הוא מעריך את הפעילות האלקטרוכימית של המערכת (CO2R ו-WE) בזרמים גבוהים יותר. יש לו זרם גבוה יותר וחלונות פוטנציאליים. |
| ציטראט אבץ | סיגמא אלדריץ' | 480762 | קדם לקתודה CO2R |
מקורות
- 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 (....
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הדפסות חוזרות והרשאות
