IIT 연구원, CO2를 프로판으로 변환하는 전해조 개발

일리노이 공과대학(IIT)의 연구원들은 펜실베니아 대학 및 시카고 일리노이 대학의 동료들과 함께 확장 가능하고 경제적으로 실행 가능한 방식으로 이산화탄소를 프로판으로 변환할 수 있는 전해조를 개발했습니다. 해당 작품에 관한 논문이 에 게재되었습니다.

프로판은 연료로 널리 사용되는 삼탄소(C3) 알칸입니다. 최근 CO2 전기촉매의 발전에도 불구하고, 높은 반응 장벽과 C1, C2 및 H2 생성물에 대한 경쟁 반응으로 인해 CO2에서 직접 C3+ 분자를 생산하는 것은 어렵습니다.

여기서 우리는 -395 mA cm-2의 전류 밀도와 91%의 패러데이 효율로 CO2로부터 프로판을 생산하는 음이온 교환 이오노머로 코팅된 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 기능화 Mo3P 나노입자로 구성된 촉매 시스템을 보고합니다. 전해조에서 100시간 동안 −0.8V 대 가역적 수소 전극 비교.

우리의 특성화 및 밀도 함수 이론 계산은 이미다졸륨 기능화가 표면에서 Mo 원자의 전기촉매 특성을 향상시키고 Mo 사이트에서 탄소 기반 중간체의 흡착 에너지를 증가시켜 프로판으로 향하는 경로를 선호한다는 것을 시사합니다. 우리의 결과는 이오노머 코팅층이 장기간 테스트 동안 Mo3P 나노입자의 이미다졸륨 기능화된 표면을 안정화하는 데 중요한 역할을 한다는 것을 나타냅니다.

이산화탄소를 프로판으로 변환하기 위해 새로운 촉매를 사용하는 전해조의 그림. 출처 : IIT

촉매 작동에 대한 깊은 이해를 보장하기 위해 팀은 실험적 방법과 계산 방법을 조합하여 사용했습니다. 이 접근법은 촉매의 반응 활성, 선택성 및 안정성에 영향을 미치는 중요한 요소를 조명했습니다.

상업적 실행 가능성을 제공하는 이 기술의 독특한 특징은 흐름 전해조를 구현한다는 것입니다. 이 설계를 통해 지속적인 프로판 생산이 가능해지며 기존 배치 처리 방법의 문제점을 피할 수 있습니다.

자원

Esmaeilirad, M., Jiang, Z., Harzandi, AM et al. "CO2를 프로판으로 전기촉매적으로 환원하기 위한 이오노머 코팅을 갖춘 이미다졸륨 기능화 Mo3P 나노입자." Nat Energy doi: 10.1038/s41560-023-01314-8

2023년 8월 19일에 게시됨: 탄소 포집 및 전환(CCC), 연료, LPG, 시장 배경 | 영구링크 | 댓글 (15)