Диоксидные материалы
 | Судя по всему, основной автор этой статьи тесно связан с ее предметом. ( Апрель 2018 г. ) |
 | |
| Тип компании | Частный |
|---|---|
| Промышленность | Химическая промышленность |
| Жанр | Улавливание и хранение углерода , Ионообменные мембраны |
| Основан | 9 сентября 2009 г в Шампейне , Иллинойс , США |
| Штаб-квартира | , НАС |
| Продукты | Устойчивые щелочные иономеры и щелочные ионообменные мембраны, электролизеры углекислого газа и воды |
| Веб-сайт | диоксидматериалы |
Компания Dioxy Materials была основана в 2009 году в Шампейне, штат Иллинойс , а сейчас ее штаб-квартира находится в Бока-Ратон, штат Флорида . Ее основной деятельностью является разработка технологий, позволяющих снизить выбросы углекислого газа в мире . Компания Dioxy Materials разрабатывает технологию преобразования углекислого газа , воды и возобновляемых источников энергии в углеродно-нейтральный бензин (бензин) или авиакеросин . Приложения включают переработку CO 2 , [ 1 ] устойчивое производство топлива [ 1 ] и сокращение сокращения использования возобновляемых источников энергии [ 2 ] [ 3 ] (т.е. возобновляемая энергия, которая не может быть использована в сети [ 2 ] ).
Технология электролизера углекислого газа
[ редактировать ]Электролизеры углекислого газа являются основной частью бизнеса компании Dioxy Materials. [ 4 ] Работа началась в ответ на вызов Министерства энергетики по поиску лучших катализаторов для электрохимического восстановления углекислого газа . [ 5 ] В то время перенапряжение (то есть потеря напряжения) было слишком высоким, а скорость слишком низкой для практического применения. [ 5 ] [ 6 ] Сотрудники компании Dioxy Materials предположили, что бифункциональный катализатор, состоящий из металла и ионной жидкости , может снизить перенапряжение при электрохимическом восстановлении углекислого газа . Действительно, было обнаружено, что сочетание двух катализаторов, наночастиц серебра и раствора ионной жидкости , содержащего равные объемы тетрафторбората 1-этил-3-метилимидазолия (EMIM-BF4) и воды, снижает перенапряжение конверсии CO 2 в окись углерода ( CO) от примерно 1 вольта до всего лишь 0,17 вольта. [ 7 ] Сотрудники других лабораторий впоследствии воспроизвели результаты на многих металлах и на нескольких ионных жидкостях. [ 8 ] Компания Diоксидные материалы показала, что аналогичное усиление происходит во время электролиза щелочной воды. [ 9 ] [ 10 ] и гидрокарбоксилирование ацетилена [ 11 ] (« Химия Реппе »).
На данный момент все еще остается вопрос о том, как имидазолий способен снизить перенапряжение электрохимического восстановления диоксида углерода. Первым этапом электролиза CO 2 является присоединение электрона к CO 2 или молекулярному комплексу, содержащему CO 2 . Полученный вид обозначен «CO 2 ¯» на рисунке слева. Для образования частиц в отсутствие ионной жидкости требуется по крайней мере один электрон-вольт энергии на молекулу. [ 12 ] Этот электрон-вольт энергии в значительной степени тратится впустую во время реакции. Розен и др. [ 7 ] предположил, что новый комплекс образуется в присутствии ионной жидкости, так что 1 эВ энергии не тратится впустую. Комплекс позволяет реакции идти по зеленому пути на рисунке справа. Недавние работы позволяют предположить, что новый комплекс представляет собой цвиттер-ион. [ 13 ] Другие возможные пути (т.е. нецвиттер-ионы) обсуждаются Keith et al. [ 14 ] Розен и др. [ 15 ] Вердагер-Касадевалл и др. [ 16 ] и Ши и др. [ 17 ]
Поддерживающие мембраны
[ редактировать ]
К сожалению, ионные жидкости оказались слишком коррозийными, чтобы их можно было использовать в практических электролизерах углекислого газа. Ионные жидкости являются сильными растворителями. Они растворяют/разъедают уплотнения, угольные электроды и другие детали коммерческих электролизеров. В результате их было трудно использовать на практике.
Чтобы избежать коррозии , компания Dioxy Materials перешла с ионных жидких катализаторов на каталитические анионообменные полимеры. [ 18 ] [ 19 ] Был протестирован ряд полимеров, и полимер стирола, функционализированный имидазолием, показанный на рисунке справа, показал наилучшие характеристики. [ 18 ] [ 20 ] Мембраны получили торговое название Sustainion. Использование мембран Sustainion увеличило ток и срок службы электролизера CO 2 до коммерчески полезного диапазона. [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] Устойчивые мембраны показали проводимость выше 100 мСм/см в щелочных условиях при 60 °C. [ 10 ] стабильность в течение тысяч часов в 1М КОН, [ 10 ] и обеспечивают физико-механическую стабильность, которая полезна для многих различных применений. Мембраны показали срок службы более 3000 часов в электролизерах CO 2 при высоких плотностях тока. [ 26 ] [ 10 ] Более поздние исследования показали, что клеточная мембрана с оптимизированным катодом способна работать до 158 дней при токе 200 мА/см. 2 . [ 27 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Краткий обзор ARPA-E: Преобразование CO 2 в топливо и химикаты
- ^ Jump up to: а б Лори Берд, Жаклин Кокран и Си Ван, Сокращение ветровой и солнечной энергии: опыт и практика в США , отчет NREL NREL/TP-6A20-60983, март 2014 г.
- ^ Краткий обзор ARPA-E: Высокоэффективное производство водорода
- ^ Веб-сайт диоксидных материалов
- ^ Jump up to: а б А. Белл и др. Фундаментальным исследованиям необходимы катализаторы для энергетики, DOE PNNL-17214
- ^ Халманн и Стейнберг, «Снижение выбросов углекислого газа в парниковых газах», Lewis Publishers, 1999. ISBN 1-56670-284-4
- ^ Jump up to: а б Брайан А. Розен, Амин Салехи-Ходжин, Майкл Р. Торсон, В. Чжу, Девин Т. Уиппл, Пол Дж. А. Кенис, Ричард И Масел *, Селективное преобразование CO 2 в CO при низких перенапряжениях , опосредованное ионной жидкостью , Science Vol. . 334 нет. 6056 стр. 643-644 (2011) дои : 10.1126/science.1209786 .
- ^ Цитаты по селективному преобразованию CO 2 в CO с помощью ионной жидкости при низких перенапряжениях.
- ^ Р.И. Мазель, З. Лю и С.Д. Саджад Анионообменные мембранные электролизеры, показывающие 1 А/см2 при напряжении менее 2 В, ECS Transactions, 75 (14) 1143-1146 (2016) два : 10.1149/07514.1143доб.
- ^ Jump up to: а б с д Цзэнцай Лю, Сайед Давар Саджад, Ян Гао, Хунчжоу Ян. Джерри Дж. Качур. Ричард И.Мазель, Влияние мембраны на электролизер щелочной воды , Международный журнал водородной энергетики 42 (50), 29661-29665 (2017) doi : 10.1016/j.ijhydene.2017.10.050
- ^ Ричард И. Масел, Чжэн Ричард Ни, Цинмей ЧЕН, Брайан А. Розен, Процесс устойчивого производства акриловой кислоты , патент США 9790161 [1]
- ^ Взгляды на химию (Elsevier) Преобразование CO 2 с меньшими затратами энергии
- ^ Марк Пеллерит, Марина Каплун, Клэр Хартманн-Томпсон, Кшиштоф А. Левински, Нэнси Кунц, Трэвис Грегар, Джон Бэцольд, Дейл Лутц, Мэтью Кваст, Цзэнцай Лю, Хунчжоу Ян, Сайед Д. Саджад, Ян Гао и Рич Масель Имидазолий - Функционализированные полимерные мембраны для топливных элементов и Электролизеры , ECS Trans. 2017 80(8): 945-956; два : 10.1149/08008.0945доб.
- ^ Джон А. Кейт и Эмили А. Картер, Теоретический взгляд на электрохимические механизмы восстановления CO2, катализируемые поверхностно-связанными гетероциклами азота, J. Phys. хим. Летт., 2013, 4 (23), стр. 4058–4063. два : 10.1021/jz4021519
- ^ Джонатан Розен, Грегори С. Хатчингс, Ци Лу, Шон Ривера, Ян Чжоу, Дионисиос Г. Влахос и Фэн Цзяо, Механистический взгляд на электрохимическое восстановление CO2 до CO на наноструктурированных серебряных поверхностях , ACS Catal., 2015, 5 ( 7), стр. 4293–4299. два : 10.1021/acscatal.5b00840
- ^ Арнау Вердагер-Касадевалл, Кристина В. Ли‡, Тобиас П. Йоханссон, Сорен Б. Скотт, Джозеф Т. МакКаун, Мукул Кумар, Ифан Э. Л. Стивенс, Мэтью В. Кэнан * и Иб Чоркендорфф * Исследование активных участков поверхности на предмет Снижение CO на медных электрокатализаторах на основе оксидов , J. Am. хим. Социум, 2015, 137 (31), стр. 9808–9811. дои : 10.1021/jacs.5b06227
- ^ Чуан Ши, Хейне А. Хансен, Адам К. Лаушеб и Йенс К. Норсков, Тенденции в электрохимической активности снижения CO2 на открытых и плотноупакованных металлических поверхностях , Phys. хим. хим. Физ., 2014,16, 4720-4727. два : 10.1039/C3CP54822H
- ^ Jump up to: а б Р.И. Масел, Цинмей Чен, Цзэнцай Лю, Роберт Куц, Ионопроводящие полимеры , патент США 9580824.
- ^ Ричард И. Мазел, Амин Салехи-Ходжин, Роберт Куц, Электрокаталитический процесс конверсии углекислого газа , Патент США 981501
- ^ Роберт Брайан Куц, Цинмей Чен, Хунчжоу Ян, Сайед Давар Саджад, Цзэнцай Лю, Ричард Мазел, Устойчивые полимеры с функционалом имидазолия для электролиза углекислого газа , Energy Technology 5, (6) 929-936 (2017) дои : 10.1002/ente.201600636
- ↑ Служба РФ, Два новых способа превратить «мусорный» углекислый газ в топливо Наука, 1 сентября 2017 г.
- ^ Стивен К. Риттер, CO 2 Электролизер близок к коммерциализации , Новости C&E, Том 93, Выпуск 13 | п. 30 . 30 марта 2015 г.
- ↑ Марк Харрис, Предприниматели, превращающие углекислый газ в топливо , The Guardian, 14 сентября 2017 г.
- ^ SAVVY: Превращение углекислого газа в продукты New Straitus Times, 3 декабря 2017 г.
- ↑ Майкл Ферч, Эти методы превращают CO2 в дешевую энергию, Wired, 24 сентября 2017 г.
- ^ Сайед Д. Саджад, Ян Гао, Цзэнцай Лю, Хунчжоу Ян и Рич Масел Анионообменные мембраны Tunable-High Performance Sustainion™ для электрохимических применений ECS Transactions, 77 (11): 1653-1656 (2017) дои : 10.1149/07711.1653ecst
- ^ Цзэнцай Лю и др. 2018 J. Electrochem. Соц. 165 Дж3371 DOI 10.1149/2.0501815jes
