起源：DeepTech深科技起源：MIT News | 新型编织电极计划的观点表示图：研讨职员将一系列导电铜线（棕橙色管）穿过一层十分薄的膜，以打仗催化剂。图片由MIT研讨职员供给。跟着寰球尽力增加温室气体排放，研讨职员正在寻觅适用且经济的方式，将二氧化碳捕捉并转化为有效的产物，比方交通燃料、化学质料，乃至建造资料。但是，到现在为止，这些实验尚未到达经济可行性。MIT 工程师的一项新研讨可能为正在开辟中的多种电化学体系带来疾速改良，这些体系旨在将二氧化碳转化为有代价的商品。研讨团队开辟了一种新型电极计划，进步了转化进程的效力。这项研讨结果近期宣布在 Nature Communications 上，由 MIT 博士生 Simon Rufer、机器工程教学 Kripa Varanasi 以及其余三名研讨职员独特撰写。Varanasi 表现：“二氧化碳成绩是咱们这一时期的严重挑衅，咱们正在应用种种手腕处理这一成绩。” 他夸大，找到从发电厂排放物、氛围或大陆中去除二氧化碳的适用方式至关主要。但是，一旦二氧化碳被去除，还必需找四处理这些气体的方法。Varanasi 指出，现在曾经开辟出种种体系，能够将捕捉的二氧化碳转化为有效的化学产物。“咱们不是不克不及做到这一点——咱们能够做到。但成绩是，怎样使其高效？怎样使其具有本钱效益？”在这项新研讨中，团队专一于将二氧化碳经由过程电化学转化为乙烯，这是一种普遍应用的化学物资，可用来出产种种塑料以及燃料。现在，乙烯重要由石油出产。但是，研讨职员表现，他们开辟的方式同样实用于出产其余低价值化学产物，比方甲烷、甲醇、一氧化碳等。现在，乙烯的售价约为每吨 1000 美元，因而目的是实现可能与这一价钱竞争的出产方法。将二氧化碳转化为乙烯的电化学进程波及一种基于水的溶液跟催化剂资料，它们在一种称为气体分散电极的装备中与电流打仗。气体分散电极资料的机能遭到两个竞争性特征的影响：它们必需是精良的导电体，以避免驱动进程的电流因电阻发烧而挥霍；同时，它们必需存在“疏水性”，即避免基于水的电解质溶液泄露并烦扰电极名义的反映。遗憾的是，这是一种衡量：进步导电性会下降疏水性，反之亦然。Varanasi 跟他的团队试图找到处理这一抵触的方式，经由数月的尽力，他们胜利实现了这一目的。由 Rufer 跟 Varanasi 计划的处理计划以其简略而优雅著称。他们应用了一种塑料资料 PTFE（实质上是特氟龙），这种资料以精良的疏水机能而驰名。但是，因为 PTFE 缺少导电性，电子必需经由过程十分薄的催化剂层通报，这会跟着间隔明显增添电压丧失。为战胜这一限度，研讨职员将一系列导电铜线编织进 PTFE 的超薄片材中。“这项任务真正处理了这一挑衅，由于咱们当初能够同时实现导电性跟疏水性。”Varanasi 表现。碳转化体系的研讨平日是在十分小的试验室范围样本长进行的，平日尺寸小于 1 英寸的方块。为了展现扩大的潜力，Varanasi 的团队制造了一张面积年夜 10 倍的片材，并证实了其无效机能。为实现这一目的，他们停止了之前从未实现的基本测试，在雷同前提下应用差别尺寸的电极停止测试，以剖析导电性与电极尺寸之间的关联。他们发明，导电性跟着尺寸的增年夜明显降落，这象征着驱动反映须要更多能量，从而增添本钱。“这是咱们预感之中的成果，但之前并不人专门研讨过这一点。”Rufer 说。别的，更年夜的尺寸会发生更多的副产品，而非预期的乙烯。现实产业利用须要的电极可能比试验室版本年夜 100 倍，因而增添导电线将是使这些体系适用化的须要前提。研讨职员还开辟了一个模子，捕获了因为欧姆消耗招致的电极电压跟产品散布的空间变更。这个模子联合他们网络的试验数据，使他们可能盘算出导电线的最佳间距，以对消导电性降落。经由过程将铜线编织进资料中，该资料被分别为由线间距决议的较小子地区。“咱们将其分红很多小的子段，每个子段现实上是一个更小的电极。”Rufer 说明道。“正如咱们所看到的，小电极能够很好地任务。”因为铜线的导电性远高于 PTFE 资料，它充任了电子经由过程的“高速公路”，衔接了电子被限度在基底中且阻力较年夜的地区。为证实其体系的持重性，研讨职员持续运转了测试电极 75 小时，机能多少乎不变更。总体而言，Rufer 表现，他们的体系是第一个基于 PTFE 的电极，在 5 厘米或更小的试验室范围之外实现了扩大，而且不就义效力。他弥补说，铜线的编织进程能够轻松融入现有制作流程，乃至在年夜范围卷对卷工艺中也能实现。“咱们的方式十分强盛，由于它与现实应用的催化剂有关。”Rufer 说，“你能够将这些微米级铜线缝入任何你想要的气体分散电极中，无论催化剂的状态或化学性子。因而，这种方式能够用于扩大任何人的电极。”“斟酌到咱们每年须要处置数十亿吨二氧化碳来应答这一挑衅，咱们确切须要思考可能扩大的处理计划。”Varanasi 表现。“从这一思绪动身，咱们可能辨认要害瓶颈并开辟翻新方式，从而在处理成绩方面发生主要影响。咱们的分级导电电极就是这种头脑方法的产品。”研讨团队成员还包含 MIT 研讨生 Michael Nitzsche 跟 Sanjay Garimella，以及JackLake（MIT 2023 年博士结业生）。该研讨由 Shell 经由过程 MIT 动力打算供给支撑。这项研讨局部是在 MIT.nano 设备中实现的。原文链接：https://news.mit.edu/2024/mit-engineers-make-converting-co2-into-products-more-practical-1113 申明：新浪网独家稿件，未经受权制止转载。 -->小编：[db:摘要]
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