Bu protokol, güneş enerjisi kullanılarak karbondioksit ve sudan yeşil yakıt üretimi için MXene destekli CuZn ve NiCo bi-metalik elektrokatalizörlerin üretimine ve elektrokimyasal analizine rehberlik eder.
Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.
Yöntem makalesi
Ti3C2Tx MXene Destekli CuZn ve NiCo Katalizörleri KullanılarakCO2 ve Sudan Güneş Enerjili Elektrokimyasal Yeşil Yakıt Üretimi
Bu makalede
Özet
Özet
Bu protokol, karbondioksit indirgeme için bi-metalik, MXen destekli katotların sentezini ve aktivite haritalamasını açıklar (CO2R) ve alkali ortamda güneş enerjisi kullanılarak su ayırma için anotlar. Üretilen elektrotların nanoyapısını, tane inceltmesini ve alaşım bileşimini kontrol etmek için bir ters akım darbeli elektrodepozisyon tekniği kullanıldı. Hem anotlar hem de katotlar asil metal içermez ve temas direncini azaltan ve katalizörler aracılığıyla substrattan reaktanlara yük transferini kolaylaştıran iki boyutlu (2D) titanyum karbür (Ti3C2Tx) MXene üzerinde desteklenir. Ti3C2Tx MXene üzerinde desteklenen bakır çinko (CuZn), termokatalitik CO2 dönüşümünde metanol üretimi için katot olarak kullanılır ve burada elektrokimyasal CO2 indirgemedeki performanslarını gösterdik (CO2R) ilk kez. Ti3C2Tx MXene üzerinde desteklenen nikel kobalt (NiCo), benzer şekilde darbeli elektrodepozisyon yoluyla üretilir ve basitleştirilmiş laboratuvar koşulları altında bir güneş pili tarafından tahrik edilen su elektrolizi için anotlar olarak test edilir. Aktivite ayrıca metalik ince filmlerin yapısal karakterizasyonunu da açıklar. Son teknoloji ürünü perovskit silikon tandem güneş pilinin, hat içi gaz kromatografisini besleyen elektrokimyasal hücre ile entegrasyonu için ayrıntılı kurulum, hem CO2R hem de su elektrolizi (WE) için gösterilmiştir. Yüksek derecede kostik alkali çözeltilerin (%30 KOH), yüksek sıcaklıklarda (60 °C) ticari koşullarda ve sıfır boşluklu bir hücrede su elektrolizini detaylandıran bir kurulum, Pt/C sprey kaplı bir katot ile eşleştirilmiş fabrikasyon anot üzerinde gösterilmiştir.
Giriş
Fosil yakıtların sıfır emisyonlu alternatiflerle değiştirilmesi, enerji sektörünün karbondan arındırılması ve yenilenebilir enerji kullanımının artırılması açısından kritik öneme sahiptir 1,2,3. Karbondioksitin (CO2 ) karbon monoksit (CO), metan (CH4 ) ve diğer karbonlu yakıtlara dönüştürülmesi, daha fazlaCO2 emisyonunu önlemek ve döngüsel bir karbon ekonomisi yaratmak için önemli bir yol haline geliyor4. Benzer şekilde, fosil yakıtların yüksek enerji yoğunluğuna sahip hidrojenle değişt....
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Protokol
Bu çalışmada kullanılan reaktifler ve ekipman Malzeme Tablosunda listelenmiştir.
1. Ti3C2Tx MXene Sentezi
- Metaller arası safsızlıkları gidermek için 1 g optimize edilmiş Ti3AlC2 MAX fazını 9 M hidroklorik asit (HCl) kullanarak 18 saat yıkayın.
- 12 M HCl, deiyonize (DI) su ve ağırlıkça %50 hidroflorik asidi (HF) 6:3:1 hacim oranında karıştırarak aşındırıcı çözeltiyi hazırlayın.
NOT: Hidroflorik asit (HF) oldukça toksik ve aşındırıcıdır. HF ile ilgili tüm adımları, eldiven, laboratuvar önlüğü ve yüz siperi dahil ol....
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Sonuçlar
X-ışını kırınım tekniği, metal filmlerin katı kristal yapısını analiz etmek için kullanılır. Uygun boyutta (XRD makinesinin numune saplamasına uyan) film numunelerini kesin. Numuneleri makineye yükleyin ve 10° ila 80° arasında 2Θ aralığında tarayın. Elde edilen XRD grafiği, malzemede bulunan kristal düzlemler için tepe sinyallerini gösterir. Ana tepe noktaları, d aralığı ve alaşım oluşumundan kaynaklanan tepe kaymaları gibi kristal yapıyı tanımlamak ve da.......
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Tartışma
Bu çalışma, yakıt üretimi için güneş enerjisiyle çalışan redoks reaksiyonları için bi-metalik elektrotların sentezine yönelik protokolü sunmaktadır. Enerji sektörünün karbondan arındırılması büyük ölçüdeCO2 dönüşümüne0 35,36,37 ve sudan üretilen hidrojen gibi sıfır emisyonlu yakıtların kullanımına bağlıdır 38,39. Karbondioksit.......
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Açıklamalar
Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yoktur.
Teşekkürler
Yazarlar, Henry Royce İleri Malzemeler Enstitüsü'nün, Mühendislik ve Fizik Bilimleri Araştırma Konseyi EP/X527257/1 tarafından sağlanan bir hibeden finanse edilen Endüstriyel İşbirliği Programı (RICP-R4-100061) ve MATcelerateZero (MATZ0) aracılığıyla verdiği desteği kabul etmek isterler. Yazarlar, Enerji Güvenliği ve Net Sıfır Departmanına (Proje Kimliği: NEXTCCUS), University College London'ın Araştırma, İnovasyon ve Küresel Katılım, Sidney Üniversitesi - University College London Ortaklık İşbirliği Ödülleri, UCL-Pekin Üniversitesi Stratejik Ortak Fonları, Cornell-UCL Küresel Stratejik İşbirliği Ödülleri ve IISc-UCL Ortak tohum fonun....
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Malzemeler
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| Autolab 302 | Metrohm UK | PGSTAT302N | Sistemin elektrokimyasal aktivitesini (CO2R ve WE) değerlendirir |
| Kobalt nitrat heksahidrat | Sigma aldrich | 98 10026-22-9 | Su elektrolizi anodu için öncül |
| Bakır nitrat trihidrat | Sigma aldrich | 10031-43-3. | CO2R katodunun öncüsü |
| Işık kaynağı | SOION teknolojisi | Xenon lamba | Güneş hücresini aydınlatmak için ışık kaynağı |
| Nikel nitrat heksahidrat | Sigma aldrich | 13478-00-7 | Su elektrolizi anodu için öncül |
| Çevrimiçi gaz kromatografisi | Çevik | 8890 | elektrokimyasal hücreye bağlanır ve her 10 dakikada bir veya komutta tanımlanan sürede bir örnek (~10 mikrolitre) döngü yapar. |
| Peristaltik pompalar | SOION teknolojisi | BT100-3J | sıfır boşluklu hücrede elektrolit akışını sağlamak için kullanılır. |
| Potasyum hidroksit | Sigma aldrich | 1310-58-3 | CO2R ve su elektrolizi için elektrolit. |
| Güneş hücresi (fotovoltaik hücre) | Yakıt hücresi deposu | Silikon tandem hücresi, 4 volta kadar potansiyel ve ~300mA akım sağlayabilen | |
| Sustainion zarı | Dioksit malzemeleri | X37-50 Grade RT | katottan anoda iyon taşınımı ve gaz ile ürün geçişlerini durdurmak için kullanılan anion değişim zarı. |
| Ti3C2Tx MXene | Anasori Laboratuvarı, Purdue Üniversitesi | ||
| Vionic | Metrohm UK | 3500001080 | Sistemin elektrokimyasal aktivitesini (CO2R ve WE) daha yüksek akımlarda değerlendirir. Daha yüksek akım ve potansiyel pencereleri var. |
| Çinko sitrat | Sigma aldrich | 480762 | CO2R katodunun öncüsü |
Kaynaklar
- 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 (....
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Yeniden basım ve izinler
