Việc giảm lượng khí carbon dioxide (CO 2 ) bằng điện hóa bền vững thành các hóa chất và nguyên liệu hữu ích có thể giúp giảm thiểu phát thải khí nhà kính, cho phép các ngành công nghiệp tái sử dụng CO 2 thải ra theo những cách có lợi. Tuy nhiên, hầu hết các chiến lược để hiện thực hóa điều này được giới thiệu cho đến nay đều có những hạn chế đáng chú ý, bao gồm cả độ ổn định kém trong thời gian dài.
(a) Sơ đồ kiến trúc hệ thống APMA MEA cho ECO 2 R. (b) Sơ đồ nguyên lý của cơ chế phản ứng ECO 2 R trong hệ thống APMA với môi trường catốt kiềm ở chế độ phân cực thuận. Tín dụng: Cô ấy và cộng sự
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Bách khoa Hồng Kông, Đại học Oxford và Trung tâm Nghiên cứu Bức xạ Synchrotron Quốc gia gần đây đã giới thiệu một hệ thống lắp ráp màng-điện cực mới có thể hỗ trợ quá trình khử CO2 bằng xúc tác điện ổn định .
Đáng chú ý, hệ thống đề xuất của họ, lần đầu tiên được giới thiệu trong một bài báo đăng trên tạp chí Nature Energy, được cung cấp nước tinh khiết (H2O) và do đó không phụ thuộc vào chất điện phân kim loại kiềm.
Shu Ping Lau, đồng tác giả của bài báo, nói với Tech Xplore: “Xã hội hiện đại của chúng ta phụ thuộc rất nhiều vào nhiên liệu hóa thạch để cung cấp năng lượng cho nền kinh tế, nhưng lượng khí thải CO2 tạo ra là mối đe dọa lớn đối với khí hậu”. "Chúng tôi đang tìm cách khai thác và tái đưa lượng lớn CO2 vào chu trình carbon bằng cách sử dụng công nghệ khử CO2 bằng xúc tác điện (ECO2R) để chống lại điều này. Tuy nhiên, nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng tính ổn định của hệ thống ECO2R là một thách thức lớn, với các hệ thống hiện tại có tuổi thọ dưới 200 giờ đối với ECO2R-to-ethylene (C2H4)."
Trong nghiên cứu gần đây của họ, Lau và các cộng tác viên của ông đã cố gắng khắc phục những hạn chế của các hệ thống hiện có để khử CO2 bằng xúc tác điện . Mục tiêu của họ là tạo ra cấu trúc điện phân mới giúp ngăn chặn sự hình thành cacbonat trong ECO 2 R và do đó cho phép hoạt động ổn định kéo dài.
Lau giải thích : “Mục tiêu của chúng tôi là duy trì môi trường catốt kiềm mà không liên quan đến các cation kim loại kiềm, cuối cùng là thiết kế kiến trúc APMA MEA (tổ hợp màng điện cực-điện cực lắp ráp AEM+PEM) với H 2 O tinh khiết làm chất anolyte”. "Trong hệ thống APMA MEA ECO 2 R của chúng tôi, chúng tôi đã tạo ra cách để CO 2 phản ứng với H 2 O tạo ra C 2 H 4 và OH - ở cực âm, trong khi H 2 O bị oxy hóa thành O 2 và H + ở cực dương. Kết quả là OH - và H + sau đó kết hợp với nhau tạo thành H 2 O ở giữa màng."
Hệ thống mới được các nhà nghiên cứu giới thiệu bao gồm hai màng riêng biệt (AEM và PEM), chất xúc tác cực âm (Cu bề mặt bậc thang), chất xúc tác cực dương (Pt/Ti) và nước tinh khiết làm chất anolyte. Một trong những ưu điểm đáng chú ý nhất của nó là không cần thêm bất kỳ hóa chất nào để bắt đầu phản ứng và chỉ sử dụng H 2 O tinh khiết làm chất điện phân. Điều này có nghĩa là nó có thể dễ dàng mở rộng lên cấp độ công nghiệp.
Lau cho biết : “Ấn tượng hơn nữa, kiến trúc APMA MEA vượt qua giới hạn nhiệt động lực học của CO 2 phản ứng với OH được tạo ra bằng điện thành cacbonat, giúp kéo dài độ ổn định của hệ thống”. "Với độ bền và hiệu quả, hệ thống APMA MEA của chúng tôi có tiềm năng cách mạng hóa công nghệ xúc tác điện CO 2 và biến đổi hệ thống năng lượng hóa thạch hiện đại."
