නව තාක්ෂණය කාබන් ඩයොක්සයිඩ් ද්රව ඉන්ධන බවට පරිවර්තනය කිරීම වැඩි දියුණු කරයි

පහත පෝරමය පුරවන්න, අපි ඔබට “කාබන් ඩයොක්සයිඩ් ද්‍රව ඉන්ධන බවට පරිවර්තනය කිරීමට නව තාක්‍ෂණික වැඩිදියුණු කිරීම්” හි PDF අනුවාදය විද්‍යුත් තැපෑලෙන් එවන්නෙමු.
කාබන් ඩයොක්සයිඩ් (CO2) යනු ෆොසිල ඉන්ධන දහනය කිරීමේ නිෂ්පාදනයක් වන අතර වඩාත් සුලභ හරිතාගාර වායුව වන අතර එය තිරසාර ලෙස ප්‍රයෝජනවත් ඉන්ධන බවට පරිවර්තනය කළ හැකිය. CO2 විමෝචනය ඉන්ධන පෝෂක බවට පරිවර්තනය කිරීමේ එක් ප්‍රබල ක්‍රමයක් වන්නේ විද්‍යුත් රසායනික අඩු කිරීම නම් ක්‍රියාවලියකි. නමුත් වාණිජමය වශයෙන් ශක්‍ය වීමට නම්, වඩාත් අපේක්ෂිත කාබන් බහුල නිෂ්පාදන තෝරාගැනීමට හෝ නිෂ්පාදනය කිරීමට ක්‍රියාවලිය වැඩිදියුණු කළ යුතුය. දැන්, Nature Energy සඟරාවේ වාර්තා කර ඇති පරිදි, Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) විසින් සහායක ප්‍රතික්‍රියාව සඳහා භාවිතා කරන තඹ උත්ප්‍රේරකයේ මතුපිට වැඩිදියුණු කිරීම සඳහා නව ක්‍රමයක් සකස් කර ඇති අතර එමඟින් ක්‍රියාවලියේ තේරීම වැඩි කරයි.
"මෙම ප්‍රතික්‍රියාව සඳහා හොඳම උත්ප්‍රේරකය තඹ බව අප දන්නා නමුත්, එය අපේක්ෂිත නිෂ්පාදනය සඳහා ඉහළ තේරීමක් සපයන්නේ නැත" යනුවෙන් බර්ක්ලි රසායනාගාරයේ රසායන විද්‍යා දෙපාර්තමේන්තුවේ ජ්‍යෙෂ්ඨ විද්‍යාඥයෙකු සහ විශ්වවිද්‍යාලයේ රසායනික ඉංජිනේරු විද්‍යාව පිළිබඳ මහාචාර්ය ඇලෙක්සිස් පැවසීය. කැලිෆෝනියාවේ, බර්ක්ලි. Spell කිව්වා. "මෙවැනි තේරීමක් සැපයීම සඳහා විවිධ උපක්‍රම කිරීමට උත්ප්‍රේරකයේ දේශීය පරිසරය භාවිතා කළ හැකි බව අපගේ කණ්ඩායම සොයා ගත්තේය."
පෙර අධ්‍යයනයන්හිදී, පර්යේෂකයන් විසින් වාණිජ වටිනාකමක් ඇති කාබන් පොහොසත් නිෂ්පාදන නිර්මාණය කිරීම සඳහා හොඳම විද්‍යුත් හා රසායනික පරිසරය සැපයීම සඳහා නිශ්චිත කොන්දේසි ස්ථාපිත කර ඇත. නමුත් මෙම තත්වයන් ජලය මත පදනම් වූ සන්නායක ද්රව්ය භාවිතා කරන සාමාන්ය ඉන්ධන සෛලවල ස්වභාවිකව ඇති වන තත්වයන්ට පටහැනි වේ.
බලශක්ති අමාත්‍යාංශයේ ද්‍රව සන්ෂයින් සන්ධානයේ බලශක්ති නවෝත්පාදන මධ්‍යස්ථාන ව්‍යාපෘතියේ කොටසක් ලෙස, ඉන්ධන සෛල ජල පරිසරයේ භාවිතා කළ හැකි සැලසුම තීරණය කිරීම සඳහා, බෙල් සහ ඔහුගේ කණ්ඩායම තුනී අයනමර් තට්ටුවක් වෙත යොමු වූ අතර එමඟින් ඇතැම් ආරෝපණය කිරීමට ඉඩ සලසයි. හරහා ගමන් කිරීමට අණු (අයන). අනෙකුත් අයන බැහැර කරන්න. ඒවායේ අතිශයින් තෝරාගත් රසායනික ගුණාංග නිසා ක්ෂුද්ර පරිසරයට දැඩි බලපෑමක් ඇති කිරීම සඳහා විශේෂයෙන් සුදුසු වේ.
බෙල් සමූහයේ පශ්චාත් ආචාර්ය උපාධි පර්යේෂකයෙකු සහ පත්‍රිකාවේ පළමු කතුවරයා වන චැන්යොන් කිම්, තඹ උත්ප්‍රේරක මතුපිට Nafion සහ Sustainion යන පොදු අයනකාරක දෙකක් සමඟ ආලේප කිරීමට යෝජනා කළේය. කණ්ඩායම උපකල්පනය කළේ එසේ කිරීමෙන් පහසුවෙන් ප්‍රයෝජනවත් රසායනික ද්‍රව්‍ය බවට පරිවර්තනය කළ හැකි කාබන් බහුල නිෂ්පාදන නිපදවීමට ප්‍රතික්‍රියාව මෙහෙයවීම සඳහා pH අගය සහ ජලය සහ කාබන් ඩයොක්සයිඩ් ප්‍රමාණය ඇතුළුව උත්ප්‍රේරකය අසල පරිසරය වෙනස් කළ යුතු බවයි. නිෂ්පාදන සහ දියර ඉන්ධන.
පර්යේෂකයන් විසින් අත් හැඩැති විද්‍යුත් රසායනික සෛලයක එක් කෙළවරක් අසලට ඇතුළු කළ හැකි පටලයක් සෑදීම සඳහා බහු අවයවික ද්‍රව්‍යයකින් ආධාරක වූ තඹ පටලයකට සෑම අයනමකයකම තුනී ස්ථරයක් සහ අයනෝමර් දෙකක ද්විත්ව තට්ටුවක් යොදන ලදී. බැටරියට කාබන් ඩයොක්සයිඩ් එන්නත් කර වෝල්ටීයතාව යොදන විට, ඔවුන් බැටරිය හරහා ගලා යන සම්පූර්ණ ධාරාව මැනිය. ඉන්පසු ඔවුන් ප්‍රතික්‍රියාව අතරතුර යාබද ජලාශයේ එකතු වූ වායුව සහ ද්‍රව මැන බැලුවා. ද්වි-ස්ථර නඩුව සඳහා, කාබන්-පොහොසත් නිෂ්පාදන ප්‍රතික්‍රියාව මගින් පරිභෝජනය කරන ශක්තියෙන් 80% ක් වන බව ඔවුන් සොයා ගත්හ.
"මෙම සැන්ඩ්විච් ආලේපනය ලෝක දෙකෙන්ම හොඳම දේ සපයයි: ඉහළ නිෂ්පාදන තෝරාගැනීම සහ ඉහළ ක්රියාකාරිත්වය," බෙල් පැවසීය. ද්විත්ව ස්ථරයේ මතුපිට කාබන් පොහොසත් නිෂ්පාදන සඳහා හොඳ පමණක් නොව, එම අවස්ථාවේදීම ශක්තිමත් ධාරාවක් උත්පාදනය කරයි, ක්රියාකාරිත්වයේ වැඩි වීමක් පෙන්නුම් කරයි.
පර්යේෂකයන් නිගමනය කළේ වැඩි දියුණු කරන ලද ප්‍රතිචාරය තඹ මුදුනේ ඇති ආලේපනයේ ඉහළ CO2 සාන්ද්‍රණයේ ප්‍රති result ලයක් බවයි. මීට අමතරව, අයනෝමර් දෙක අතර කලාපයේ එකතු වන සෘණ ආරෝපිත අණු අඩු දේශීය ආම්ලිකතාවය ඇති කරයි. මෙම සංයෝජනය අයනමර් චිත්‍රපට නොමැති විට සිදු වන සාන්ද්‍රණ වෙළඳාම සමනය කරයි.
ප්රතික්රියාවේ කාර්යක්ෂමතාව තවදුරටත් වැඩිදියුණු කිරීම සඳහා, පර්යේෂකයන් CO2 සහ pH: ස්පන්දන වෝල්ටීයතාව වැඩි කිරීම සඳහා වෙනත් ක්රමයක් ලෙස අයනමර් චිත්රපටයක් අවශ්ය නොවන කලින් ඔප්පු කරන ලද තාක්ෂණයක් වෙත යොමු විය. ද්වි-ස්ථර අයනමර් ආලේපනයට ස්පන්දන වෝල්ටීයතාව යෙදීමෙන්, පර්යේෂකයන් විසින් ආලේප නොකළ තඹ සහ ස්ථිතික වෝල්ටීයතාවයට සාපේක්ෂව කාබන්-පොහොසත් නිෂ්පාදනවල 250% ක වැඩිවීමක් ලබා ගත්හ.
සමහර පර්යේෂකයන් නව උත්ප්‍රේරක සංවර්ධනය කෙරෙහි තම කාර්යය යොමු කළද, උත්ප්‍රේරකයේ සොයාගැනීම මෙහෙයුම් තත්ත්වයන් සැලකිල්ලට නොගනී. උත්ප්රේරක මතුපිට පරිසරය පාලනය කිරීම නව සහ වෙනස් ක්රමයකි.
"අපි සම්පූර්ණයෙන්ම නව උත්ප්‍රේරකයක් ඉදිරිපත් නොකළෙමු, නමුත් ප්‍රතික්‍රියා චාලක විද්‍යාව පිළිබඳ අපගේ අවබෝධය භාවිතා කළ අතර උත්ප්‍රේරක අඩවියේ පරිසරය වෙනස් කරන්නේ කෙසේද යන්න ගැන සිතීමට මෙම දැනුම අපට මග පෙන්වීමට භාවිතා කළෙමු" යනුවෙන් ජ්‍යෙෂ්ඨ ඉංජිනේරුවෙකු වන ඇඩම් වෙබර් පැවසීය. බර්ක්ලි රසායනාගාරවල බලශක්ති තාක්‍ෂණ ක්ෂේත්‍රයේ විද්‍යාඥයින් සහ පත්‍රිකා සම කර්තෘ.
ඊළඟ පියවර වන්නේ ආලේපිත උත්ප්රේරක නිෂ්පාදනය පුළුල් කිරීමයි. Berkeley Lab කණ්ඩායමේ මූලික අත්හදා බැලීම්වලට කුඩා පැතලි ආකෘති පද්ධති ඇතුළත් වූ අතර ඒවා වාණිජ යෙදුම් සඳහා අවශ්‍ය විශාල ප්‍රදේශයේ සිදුරු සහිත ව්‍යුහයන්ට වඩා සරල විය. “සමතල මතුපිටක් මත ආලේපනයක් යෙදීම අපහසු නැත. නමුත් වාණිජ ක්‍රමවලට කුඩා තඹ බෝල ආලේප කිරීම ඇතුළත් විය හැකිය, ”බෙල් පැවසීය. ආලේපනයේ දෙවන ස්ථරයක් එකතු කිරීම අභියෝගාත්මක වේ. එක් හැකියාවක් නම්, ආලේපන දෙක එකට මිශ්‍ර කර ද්‍රාවකයක තැන්පත් කිරීම සහ ද්‍රාවකය වාෂ්ප වූ විට ඒවා වෙන් වේ යැයි බලාපොරොත්තු වීමයි. ඔවුන් එසේ නොකරන්නේ නම්? බෙල් නිගමනය කළේ: "අපි වඩාත් බුද්ධිමත් විය යුතුයි." Kim C, Bui JC, Luo X සහ වෙනත් අය වෙත යොමු වන්න. තඹ මත ද්වි-ස්ථර අයනෝමර් ආලේපනය භාවිතයෙන් බහු-කාබන් නිෂ්පාදන දක්වා CO2 විද්‍යුත්-අඩු කිරීම සඳහා අභිරුචිගත උත්ප්‍රේරක ක්ෂුද්‍ර පරිසරය. Nat Energy. 2021;6(11):1026-1034. doi:10.1038/s41560-021-00920-8
මෙම ලිපිය පහත සඳහන් ද්‍රව්‍ය වලින් ප්‍රතිනිෂ්පාදනය කර ඇත. සටහන: ද්රව්යය දිග සහ අන්තර්ගතය සඳහා සංස්කරණය කර තිබිය හැක. වැඩි විස්තර සඳහා කරුණාකර උපුටා ගත් මූලාශ්‍රය අමතන්න.