Produkcja elektrochemicznego zielonego paliwa napędzanego energią słoneczną zCO2 i wody z użyciem katalizatorów CuZn i NiCo wspieranych przez Ti, 3C,2Tx MXene

Zakres naszej pracy obejmuje szeroko tezę, charakteryzację i analizę nowych przełomowych spoiw, wolnych folii katalizatorowych do produkcji paliw słonecznych z wody i dwutlenku węgla. Główne wyzwania w tej dziedzinie to niska efektywność paraikalna w zakresie odpowiedniej produkcji, długoterminowych katalizatorów, trwałości oraz skalowalności systemu. Na początek wyczyść piankę niklową acetonem, a następnie przez pięć minut sprzymierz piankę niklową w wodzie dejonizowanej.

Pod maską oparową namocz papier węglowy w kwas azotowym z jednego trzonowca na 20 minut, aby go aktywować, zakładając rękawiczki i odpowiedni sprzęt ochrony osobistej. Zanurz oczyszczoną piankę niklową i roztwór MXene na pięć minut. Po wysuszeniu próbki oznacz ją jako piankę niklową MXene.

Teraz załaduj 50 mililitrów roztworu MXenu do pistoletu i spryskaj roztwór na piankę niklową. Następnie dodaj roztwory prekursorów miedzi i do szklanej komórki elektrochemicznej. Do ogniwa należy włożyć elektrodę referencyjną z chlorku srebra lub srebra, elektrodę liczną platyny oraz elektrodę roboczą z papieru węglowego MXene.

Następnie podłącz każdą elektrodę do jej odpowiedniego zacisku na statycie potencjału. Stosuj zadaną sekwencję osadzania prądem impulsowym i powtarzaj przez 1 000 razy, aby osadzić warstwę miedzi i. W osobnym ogniwie elektrochemicznym dodaj roztwory prekursorów niklu i kobaltu.

Użyj tej samej konfiguracji elektrod, ale zamień elektrodę roboczą na piankę niklową MXene. Przygotuj kąpiel elektrolitową w 50 mililitrach azotanu niklu o stężeniu 50 milimolarnych w azotanie kobaltu, rozpuszczonym w wodzie zdejonizowanej. Podłącz wszystkie elektrody do odpowiednich wejść w parametrze potencjału, dbając o to, by pianka niklowa MXene była podłączona jako elektroda robocza.

Zastosuj ten sam cykl osadzania impulsowego, co wcześniej demonstrowano dla zestawów 1 000, aby uzyskać zintegrowaną piankę niklowo-kobaltową z węglika titanu MXene niklowo-niklowej. Aby złożyć ogniwo wodorowe z dwoma przedziałami, należy włożyć membranę wymienną alkaliczną, aby oddzielić dwie komory. Użyj pianki niklowej jako anody, a miedzi dwucentymetrowej na dwa centymetry w elektrodzie węglowej MXene na elektrodzie z włókna węglowego jako katodzie.

Następnie napełnij obie komory jednym molowym roztworem wodorotlenku potasu jako elektrolitem. Dokładnie sprawdź złącze membranowe pod kątem wycieków elektrolitów i w razie potrzeby je dokręć. Teraz włóż elektrodę referencyjną rtęciową lub tlenku rtęci do komory katodowej i uszczelnij cały system, aby zapewnić szczelność gazową.

Dodaj jedną rurkę do wlotu dwutlenku węgla i drugą do wylotu gazu w komorze oczyszczającej. Następnie wypłukać dwutlenek węgla do komory oczyszczającej z częstotliwością 30 mililitrów na minutę przez 15 minut, aby nasycić elektrolit. Oświetl ogniwo fotowoltaiczne jedną intensywnością słoneczną i podłącz je do ogniwa.

Teraz rejestruj cykliczną voltametrię od zera woltów do 2,5 V z prędkością skanowania 50 milivoltów na sekundę oraz EIS przy potencjale otwartego obwodu. Wykonaj pomiar chronoamperometryczny zera amperu przez dwie godziny. Okresowo rejestruj prąd za pomocą multimetru, aby obliczyć sprawność Faradika produktów.

Podłącz wylot gazu z komory katodowej do chromatografu gazowego do pobierania próbek w linii co 10 minut. Zaprogramuj chromatograf gazowy do wykrywania i ilościowego określenia gazów trwałych za pomocą upakowanej kolumny, takiej jak sito molekularne. Ustaw temperaturę piekarnika na 150 stopni Celsjusza z dwuminutowym podtrzymaniem.

Następnie podkręcaj temperaturę do 200 stopni Celsjusza z minutowym zatrzymaniem dla skutecznego rozdzielenia i emisji gazów. Powtórz montaż ogniwa H z użyciem niklu kobaltu na węgliku tytanu, pianki niklowej MXene jako anody oraz platyny na siatce niklowej powlekanej węglowym jako katodzie. Do komory bezechowej wraz z elektrodą roboczą należy włożyć elektrodę referencyjną rtęci lub tlenku rtęci.

Napełnij obie komory komórki H jednym molowym roztworem wodorotlenku potasu. Rejestruj cykliczną woltammetrię od zera woltów do 1,2 V z prędkością skanowania 50 milivoltów na sekundę i EIS w warunkach otwartego obwodu. Użyj funkcji określania OCP w statystyce potencjału laboratorium samochodowego, aby zarejestrować potencjał otwartego obwodu.

Teraz oświetl ogniwo fotowoltaiczne za pomocą symulatora słonecznego ustawionego pięć centymetrów dalej, ustawionego na jedną intensywność światła słonecznego. Podłącz zaciski ogniwa fotowoltaicznego do elektrod i wykonaj pomiar chronoampetontiometryczny o mocy 0 amperów. Monitoruj i rejestruj prąd w celu uzyskania obliczeń efektywności.

Teraz podłącz wylot gazu z komory katodowej z chromatografem gazowym. Następnie co 10 minut analizuje produkcję gazu wodorowego za pomocą detektora przewodności cieplnej i azotu jako gazu nośnego. Po umyciu elementów wodą zacznij składać ogniwo elektrolizera o zerowej szczelinie.

Przygotuj czyste rurki poliwinylpropylenowe i zamontuj kompatybilne zawory push and pull, aby stworzyć połączenia między różnymi częściami instalacji elektrolizy wody alkalicznej. Ułóż elementy ogniwa kolejno, zaczynając od płyty anody ogniwa niklowo-kobaltowej przy węgliku titanu MXene i anodzie Ni-pianki, uszczelce, membranie wymiennej alkalicznej, kolejnej uszczelce, katodzie platynowo-węglowej, a na końcu płytce ogniwa katodowej. Użyj prętów wyrównania, jeśli są dostępne, lub mocno ustaw warstwy ręcznie na stole, aby utrzymać je na miejscu.

Aby złożyć elektrolizer o zerowej szczelinie, należy prawidłowo wyrównać wszystkie warstwy i płyty końcowe oraz zabezpieczyć je. Podłącz złożoną komórkę do pomp perystaltycznych krążących 30% wodorotlenku potasu z przepływem 30 mililitrów na minutę. Utrzymuj zbiornik elektrolitu w temperaturze 60 stopni Celsjusza za pomocą kąpieli olejowej.

Monitoruj temperaturę sondą i unikaj dotykania ogniwa lub zbiornika bez rękawic termicznych. Wzór dyfrakcyjny węglika węglika titanu MXene wykazywał charakterystyczne piki dla metalowej struktury z węglika glinu. Po selektywnym trawieniu i delaminacji piki przesunęły się na niższe kąty, co sugeruje syntezę węglika tytanu MXene.

Obraz fazy MXene z węglika węglika titanu w mikroskopie elektronowym ujawnił jego warstwową morfologię. Po selektywnym trawieniu i delaminacji, obraz skaningowego węglika węglika titanu MXene naniesiony na anodowy szablon Illumina wykazał morfologię przypominającą łuski składającą się z pojedynczych lub kilku warstw. Obrazy dyfrakcyjne rentgenowskie i skaningowym mikroskopem elektronowym potwierdziły struktury miedzi i w węgliku tytanu MXene w papierze z włókna węglowego oraz niklu kobaltu w węgliku tytanu MXene w pianie niklowej.

Pomiary cyklicznej woltammetrii w jednomolowym wodorotlenku potasu wykazały wyraźne krzywe redukcji dwutlenku węgla przez miedź cynkowy w MXene i papier z włókna węglowego oraz dla elektrolizy wody przez nikel kobalt w piance MXene i niklu. EIS wykazał różne profile oporności dla katody miedzi cynkowej w MXene i CFP w redukcji dwutlenku węgla oraz anody niklowo-kobaltowej w MXene i pianki niklowej w elektrolizie wody. Profil CV i chronoamperogramy obserwowano przy różnych zastosowanych potencjałach komórkowych.

Układ biometaliczny, o niższym potencjale nadprodukcyjnym, dobrze radzi sobie przy przemysłowej gęstości prądu i ma długie godziny pracy. Zajmujemy się syntezą nowatorskich, ekonomicznych, skalowalnych i obfitych dla funkcjonalnej anody biomechanicznej i katody do redukcji dwutlenku węgla w rozpuszczalności w wodzie. Nasze ustalenia utorowały drogę do nowego jednoetapowego nawarstwiania filmu, które może prowadzić do powstawania produktów wielowęglowych i zielonego wodoru przy niskim zużyciu energii.