鉅大LARGE | 點擊量：576次 | 2021年12月13日
萊斯大學開發出催化反應器生產高濃度燃料動力電池燃料
研究人員通過可再生電力驅動電解槽生產純液體燃料，以環保有效的方式再利用溫室氣體。據外媒報道，萊斯大學化學與生物分子工程師HaotianWang實驗團隊開發的催化反應器，以二氧化碳為原料，生產高度純化和高濃度甲酸，可作為燃料電池燃料，用來提供電力，所排放的二氧化碳可以再次回收利用。
Wang說，用傳統的二氧化碳裝置生產甲酸，其凈化過程成本昂貴且耗能高。直接生產純甲酸溶液，可推動二氧化碳轉化技術的商業化。
Wang的團隊致力于研發新技術，將溫室氣體轉化為有用產品。在實驗過程中，新型電催化劑的能量轉換率達到42%左右，這意味著近一半的電能以液態燃料的形式儲存在甲酸中。
他說:“它也是化學工程行業的基礎。作為其他化學品的原料，以及氫氣的儲存材料，甲酸能夠容納的能量，幾乎是同等體積氫氣1000倍。而且，氫氣很難壓縮，這是目前氫燃料電池汽車面臨的一大挑戰。”
萊斯大學博士后研究員ChuanXia說，他們在兩方面取得進展，促進新設備的研發。第一是他開發出堅固的二維鉍催化劑，第二是固態電解質，在反應過程中不需要鹽。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
“與銅、鐵或鈷等過渡金屬相比，鉍是一種非常重的原子。”Wang說，“它的遷移率很低，尤其是在反應條件下，這樣就可以使催化劑處于穩定狀態。”另外，他指出，反應器的構造可以防止水接觸催化劑，有助于保護催化劑。
這種納米材料可以通過新方法批量生產。Xia說：“目前，人們生產的催化劑是按毫克或克計的。采用我們開發的方法，可以使產量增加至千克以上，更容易應用至工業領域。”
該固體電解質以聚合物為基礎，外面覆以磺酸配體進行正電荷傳導，或覆以氨基官能團傳導負離子。Wang說:“在鹽水等傳統液體電解質中，人們通常會減少二氧化碳。但是，純水電解質的電阻太大，影響導電。添加氯化鈉或碳酸氫鉀等鹽類后，離子才能在水中自由移動。”
“然而，用這種方法產生的甲酸，會和鹽混合。”他說，“在大多數應用中，你必須從最終產品中除去鹽，這樣做會提高能耗和成本。因此，我們使用固體電解質來傳導質子，這種電解質可以用不溶性聚合物或無機化合物制造，不需要鹽。”
水流經過產物室的速度決定了溶液濃度。在當前設置下，水的流速較慢，根據重量計算，能夠產生約為30%的甲酸溶液可以通過調整流速來改變濃度。研究人員希望，下一代反應器的產物濃度更高，而且允許氣體流動，能夠產生純甲酸蒸汽。
萊斯實驗室與布魯克海文國家實驗室合作觀察這一過程。“X射線吸收光譜是一種強大的技術，可在布魯克海文實驗室國家同步加速器光源II的內殼光譜（ISS）波束線上獲取。我們可以在操作過程中（即實際的化學過程中）探測電催化劑的電子結構。”該研究的合著者之一、國際空間站首席束線科學家EliStavitski表示，“在這項研究中，我們跟蹤鉍在不同電位下的氧化狀態，并且能夠鑒別催化劑在二氧化碳還原過程中的活性狀態。”
該實驗室利用現有反應器，能夠連續100小時生產甲酸，反應器組分（包括納米級催化劑）的降解忽略不計。Wang表示，該反應器還可以進行改良，用以生產諸如乙酸、乙醇或丙醇等高價值產品。
Wang表示：“總的來說，對于改善全球變暖以及綠色化學合成，減少二氧化碳排放都是非常重要的。如果利用太陽或風能等可再生資源產生的電力，我們就可以創造一個循環過程，在不增加二氧化碳排放的情況下，將二氧化碳轉化為某種重要的東西。”蓋世汽車
