斯坦福研究人员发现来自二氧化碳的碳中性燃料的新途径

镍基电极作为破碎的燃料泵和基于铈的电极作为新的生产泵的艺术表示。

将二氧化碳转化为可持续液体燃料的二氧化碳的新方法在测试中非常有效，并且没有破坏传统装置的反应。

如果在电池供电的商业喷气机上飞行的想法会让你紧张，你可以放松一下。研究人员已经发现了将二氧化碳转化为可持续液体燃料的实际起点，包括较重的运输方式的燃料，这可能证明是非常困难的，如飞机，船舶和货运列车。

二氧化碳的碳中性重复使用是埋葬温室气体地下的替代方案。在今天发表的新研究中，斯坦福大学和丹麦技术大学（DTU）的研究人员展示了电力和地球丰催化剂的电力和地球丰富的催化剂，比常规方法更好地将CO2转换为能量的一氧化碳（CO）。催化剂 - 氧化铈 - 更耐受分解。从CO 2中汽提氧气使CO气体是将CO2转换成几乎任何液体燃料和其他产品的第一步，如合成气体和塑料。添加氢气至CO可以产生合成柴油等燃料和相当于喷射燃料。团队设想使用可再生能力来制造有限公司和随后的转换，这将导致碳中性产品。

“我们展示了我们可以使用电力将二氧化碳减少到CO，以100％的选择性，而不会产生固体碳的不期望的副产品，”斯坦福大学材料科学与工程副教授威廉·克努杜表示，斯坦福大学的三位高级作者之一。

Chueh意识到DTU在这一领域的研究，邀请了DTU的能源转换＆储存部门的助理教授，以及当时的DTU博士候选人，举行斯坦福和一起工作。

“我们一直在高温二氧化碳电解，但与斯坦福的合作是这一突破的关键，”这项研究的领先作者Skafte表示，现在是DTU的博士后研究员。“我们取得了一些我们无法分开的东西 - 既有基础知识和更加强大的材料实际证明。”

转换障碍

可持续液体燃料的一个优势可能会在运输的电气化上，它们可以使用现有的汽油和柴油基础设施，如发动机，管道和燃气站。此外，通电飞机和船舶的障碍 - 长途旅行和高重量的电池 - 不会是能量密集，碳中性燃料的问题。

从左起：Christopher Graves，Michal Bajdich和Michael Machala在Machala用于制造电极的Machala的脉冲激光沉积机前面。

虽然植物自然将CO 2减少到富含碳糖分中，但是对CO的人工电化学途径尚未被广泛商业化。在问题中：器件使用太多的电力，转换低百分比的二氧化碳分子，或产生破坏装置的纯碳。新研究中的研究人员首先检查了不同的设备在CO2电解中的成功和失败。

研究人员利用了解，研究人员为CO2转换测试建立了两个细胞：一种用氧化铈，另一个具有常规镍基催化剂。碳电极保持稳定，而碳沉积物损坏镍电极，显着缩短了催化剂的寿命。

“这种多数人的卓越能力对二氧化碳电解柜设备的实际寿命具有重大影响，”DTU的坟墓表示，斯坦福大学的一名高级作者当时的斯坦福大学。“用我们的新的Ceria电极在下一代电解槽中更换当前镍电极将改善设备寿命。”

商业化之路

消除早期细胞死亡可能会显着降低商业CO生产的成本。抑制碳累积还允许新型器件转换更多的CO2至CO，其限制在当今细胞中的低于50％的CO产物浓度。这也可以降低生产成本。

“Ceria上的碳抑制机制基于捕获碳氧化形式的碳。我们能够用升高的温度计算CO2降低的计算模型来解释这种行为，然后用手术中的电池X射线光电子谱证实，“纸质高级作者和副人员科学家迈克尔·鲍德Suncat界面科学与催化中心，SLAC国家加速器实验室与斯坦福工程学院之间的伙伴关系。

捕获二氧化碳的高成本是在大规模上抵消它地下的障碍，并且高成本可能是使用CO2制作更可持续的燃料和化学品的障碍。然而，这些产品的市场价值与避免碳排放的付款相结合，可以帮助使用二氧化碳克服成本障碍的技术。

研究人员希望他们通过光谱学和建模揭示CO2电解装置中的机制的初步工作，将有助于调整二氧化铈和其他氧化物的表面性质，以进一步改善CO 2电解。

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Chueh也是斯坦福普雷特能源研究所的高级研究员。其他斯坦福共同作者是博士校友Zixuan Guan，Postdoc Michael Machala，前Postdocs Matteo Monti和Chirlanjeevi B. Gopal，以及Slac Postdoc Jose A. Garrido Torres。其他DTU共同作者是博士候选人Lev Martinez，Nanolob集团领导eugen Stamate和工作人员Simone Sanna。另一位共同作者是劳伦斯伯克利国家实验室的研究科学家Ethan J. Crumlin，以及都柏林三一学院助理教授Max Garcia Melchor。

该项目得到了Haldor Topsoe A / S，创新基金丹麦，丹麦科学，技术与创新和Energinet.dk。，美国能源部，Suncat中心和国家科学基金会职业奖。

参考：“由氧化碳中间体选择的选择性高温二氧化碳电解”，Zixuan Guan，Michael L. Machala，Chirlanjeevi B. Gopal，Matteo Monti，Lev Martinez，Eugen Stamate，Simone Sanna，Jose A. Garrido Torres， Ethan J. Crumlin，MaxGarcía-Melchor，Michal Bajdich，William C. Chueh和Christopher Graves，2019年9月16日，Nature Energy.doi：
10.1038 / s41560-019-0457-4