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同時解決兩個難題 廢舊電池也能實現(xiàn)碳轉(zhuǎn)化
2024年02月20日 11:19:07
來源：化工儀器網(wǎng) 點擊量：6287
電池是我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｓ玫膬δ墚a(chǎn)品，其種類豐富、性能突出，一定程度上促進了科技產(chǎn)品的普及與發(fā)展。但與此同時，隨著交通、通信、娛樂等產(chǎn)業(yè)對于電池依賴性的不斷提升廢棄電池回收及在應(yīng)用成為了材料領(lǐng)域的一個難題。而就在最近，電池家族中一個重要的成員——鉛酸電池在二氧化碳轉(zhuǎn)化工程中似乎體現(xiàn)出了新的價值，有望為碳中和提供一份力。
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)百態(tài)】電池是我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｓ玫膬δ墚a(chǎn)品，其種類豐富、性能突出，一定程度上促進了科技產(chǎn)品的普及與發(fā)展。但與此同時，隨著交通、通信、娛樂等產(chǎn)業(yè)對于電池依賴性的不斷提升廢棄電池回收及在應(yīng)用成為了材料領(lǐng)域的一個難題。而就在最近，電池家族中一個重要的成員——鉛酸電池在二氧化碳轉(zhuǎn)化工程中似乎體現(xiàn)出了新的價值，有望為碳中和提供一份力。
近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)同步輻射實驗室教授姚濤團隊與華中科技大學(xué)教授夏寶玉團隊、新西蘭奧克蘭大學(xué)博士王子運合作，成功利用廢舊電池實現(xiàn)了將二氧化碳轉(zhuǎn)換為甲酸。據(jù)悉，研究團隊首先從廢舊鉛酸電池中制備出了再生鉛催化劑，并將其運用在基于質(zhì)子交換膜技術(shù)的電催化二氧化碳轉(zhuǎn)化中，成功利用再生鉛催化劑在寬pH范圍內(nèi)取得了較高的電催化二氧化碳轉(zhuǎn)化活性。
基于質(zhì)子交換膜技術(shù)的電催化二氧化碳轉(zhuǎn)化能夠?qū)崿F(xiàn)高附加值化學(xué)品和燃料的生產(chǎn)，并且具備很好的穩(wěn)定性，是工業(yè)化碳轉(zhuǎn)換的理想方式之一，被認為是解決能源與環(huán)境問題的重要碳中和技術(shù)之一。而發(fā)展這項技術(shù)的關(guān)鍵之二便是尋找酸穩(wěn)定的碳轉(zhuǎn)換催化劑和膜電極系統(tǒng)。
根據(jù)實驗結(jié)果顯示，研究團隊從鉛酸電池中制備再生鉛催化劑，能夠幫助實現(xiàn)在2.2伏特電壓下、連續(xù)工作5200小時的條件下產(chǎn)生甲酸的法拉第效率超過93%，電流密度達到600毫安/平方厘米。這足以證明利用回收的廢舊電池把二氧化碳轉(zhuǎn)化為具有高經(jīng)濟價值的甲酸的實際應(yīng)用價值，以及這項研究成果對于碳中和及相關(guān)技術(shù)研究的意義。
當然，這項研究涉及的內(nèi)容遠不止此。根據(jù)相關(guān)報道消息，研究團隊為了理清再生鉛催化劑在電催化二氧化碳轉(zhuǎn)化反應(yīng)中的真實活性結(jié)構(gòu)，使用了原位X射線吸收譜技術(shù)開展了深入的研究，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生甲酸高選擇性和活性的關(guān)鍵因素是再生鉛催化劑在電催化二氧化碳轉(zhuǎn)化的還原電位下發(fā)生了動態(tài)結(jié)構(gòu)演變，促使金屬態(tài)鉛與碳酸鉛在還原電位下一定比例的共存。
在此基礎(chǔ)上，團隊還利用原位紅外譜技術(shù)，進一步開展原位紅外研究，發(fā)現(xiàn)碳酸鉛表面的氣態(tài)二氧化碳會首先經(jīng)過表面活化過程進入碳酸鉛晶格，再由晶格中的碳轉(zhuǎn)換成最終的甲酸產(chǎn)物。最終通過結(jié)合理論計算揭示了再生鉛催化劑的固相動態(tài)轉(zhuǎn)變誘導(dǎo)晶格碳活化和二氧化碳轉(zhuǎn)化機理。
目前相關(guān)研究已經(jīng)發(fā)表于《自然》雜志，感興趣的讀者可以去查閱學(xué)習(xí)。
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