研究人员开发新的碳捕获解决方案以获得更清洁能量密度更高的燃料来源

过去三个世纪，特别是18世纪末和19世纪工业革命以来，人类活动显着增加了地球大气中的温室气体水平。罪魁祸首是化石燃料消耗、工业流程、森林砍伐和废物管理。

作为回应，美国的目标是到2030年将温室气体排放量比2005年的水平减少50%至52%。这一举措与全球到2050年实现温室气体净零排放的努力相一致。电力和工业部门贡献了约占美国二氧化碳(CO2)排放量的一半，因此在这些领域找到解决方案势在必行。

现在，在《自然能源》杂志上发表的一篇论文中，来自宾夕法尼亚大学、诺伊理工学院和诺伊大学芝加哥分校的研究人员开发了一种系统，可以将CO2排放物转化为丙烷(C3H8)，丙烷是一种清洁剂。，能量密度更高的燃料来源。

“CO2的电化学转化可以通过储存可再生能源和关闭人为碳循环来满足未来的能源需求，”宾夕法尼亚大学艺术与科学学院的合著者安德鲁·拉普(AndrewRappe)说。“这项研究为新的解决方案铺平了道路，这些解决方案将解决储能挑战并有意义地降低CO2水平。”

“进行可再生化学制造非常重要，”诺伊理工学院的合著者穆罕默德·阿萨迪说。“这是关闭碳循环而又不损失我们目前日常使用的化学品的最佳方法。”

传统上，铜一直是研究人员研究将CO2转化为有价值的化学品和燃料的有效方法的首选元素，既可以抑制其对环境的影响，又可以提供新的能源存储解决方案。然而，生产的燃料是低能量密度的单碳化合物，如甲烷。

“由于在整个化学转化过程中会形成许多中间体，获得像C3H8这样的能量密集的多碳产品仍然是一个挑战，”该论文的共同第一作者、前博士后研究员JenianJiang解释道。拉佩集团。“此外，大多数提高材料对多碳分子选择性的策略往往都耗费能源。”

Jiang表示，该团队寻求超越铜等现有催化剂的方法，以及它们对多碳产物的适度选择性或缓慢的动力学，并研究了将离子液体(IL)添加到催化系统中的方法。这促使该团队将磷化三钼(Mo3P)视为催化材料。

“根据我们的理论模拟，我们发现IL层可以增强Mo3P催化剂表面反应过程中CO2和后续基团的粘附，从而稳定沿表面不同位点的中间体，以产生C3H8无与伦比的91%效率，”Jiang说道。

研究小组还指出，这一关键发现为探索电催化系统中材料之间的关系提供了新的范式。

“传统上，固态催化剂和在整个反应过程中桥接离子转移的水溶液在界面上的相互促进作用较少，”Jiang说。“但是现在，我们可以通过在固态催化剂上进行离子液体涂层等技术来应用混合方法，并通过我们对催化剂微环境的新理解来重新检查之前尝试过的系统。”

展望未来，研究人员计划通过两种方式加强这项研究：一是开发离子液体目录及其在燃料生成催化剂和其他电化学系统中的有效性;二是开发离子液体目录。第二，研究将CO2转化为能量密度更高的燃料来源(从燃气到含有更多碳原子的轻油)的新型催化剂。

Rappe说：“将这项研究扩展到更高质量的碳氢化合物，可以直接从先前燃料燃烧产生的CO2中产生天然气、丙烷、汽油，甚至喷气燃料，从而闭合碳循环。通过这种方式，相同的碳原子可以储存一次又一次地释放能量，我们不会将它们释放到大气中。”

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