从二氧化碳到绿色化学品研究人员又近了一步

DTU的一个国际研究团队将二氧化碳转化电解槽的保质期从半天延长至100小时。这对于从事该流程的公司来说是个好消息。该研究结果最近发表在《自然催化》杂志上。

DTU博士后QiuChengXu正在搭建和安装一个反应堆来分析X射线。该方法可以监测二氧化碳电解过程中电解质的变化。图片来源：BjørtOladottirJoensen

大气中过多的CO2是全球变暖的罪魁祸首之一。但想象一下，如果我们能够将捕获的CO2转化为有价值的绿色化学品，我们就能做到。这种转化可以通过CO2电解实现，但该过程复杂且成本高昂。

研究人员现在离开发一种技术又近了一步，该技术可以将捕获的CO2转化为有用的绿色化学品，例如乙烯和乙醇，这些化学品可用于塑料生产。

我们目前使用的大多数塑料都是由化石化学品生产的，这些化学品约占全球CO2排放量的5%。CO2电解提供了化石化学品的绿色替代品，同时还使用捕获的CO2作为资源。这意味着该技术具有在社会绿色转型中发挥作用的巨大潜力。

“我们已经找到了在CO/CO2电解化学过程中电解装置降解的原因和位置。我们的研究结果为研究人员和行业提供了关于如何延长CO/CO2电解设备的耐用性的明确指南，这将加强该技术的商业化，”DTU教授BrianSeger说道。

研究结果最近发表在国际期刊《自然催化》上，标题为：识别和缓解高速率二氧化碳电解膜电极组件的耐久性挑战。

使用CO2电解

要了解结果的重要性，我们首先需要了解电解的原理。电解使您能够将物质分离成基本元素或制造新的化合物。这是一种已知的化学过程，通过向电解质添加电流来发生，电解质是导电的溶液或熔融化合物。

这里，电解质的正离子将被吸引到阴极，而电解质的负离子将被吸引到阳极。例如，在水(H2O)的电解中，充满水的电解容器中的阳极将吸引氧气(O2)，而阴极将吸引氢气(H2)，将水分解成其基本成分。

CO2电解产生的第一个中间产物是CO(一氧化碳)。随后进行二氧化碳电解，从而生产出有价值的化学品乙醇(酒精，可用作燃料)和乙烯(碳氢化合物，可用于制造塑料材料聚乙烯)。

续航时间从半天增加到100小时

CO2电解是一个复杂的多步骤过程，有几个因素会影响该过程的有效性。一个特殊的挑战是阳极在电解质溶液中的击穿，这导致设备在使用大约半天后出现故障。这使得该过程非常昂贵并且难以扩大规模用于工业用途。

但由于研究人员提高的恰恰是阳极的耐用性，因此对于从事CO2电解的公司来说可能会有好消息。

研究人员表明，阳极退化的最大原因之一是在环境呈碱性的阴极上产生乙酸盐。这会导致阳极形成乙酸，从而降低pH值。如果阳极上的材料无法应对现在电解溶液的低pH值，它就会降解，电解装置在使用大约12小时后就会失效。

通过去除醋酸盐，从而维持电解质溶液的pH值，研究人员发现阳极的耐用性可以从半天延长到100小时以上。虽然研究人员通过在pH值过低时每12小时手动更换一次电解溶液来实现这一目标，但在商业化时，简单的过滤器可以解决这个问题。

“我们的指南告诉研究人员和业界，他们需要监测阳极电解液一侧的pH值，以保持不腐蚀阳极的pH值。对于已经开始将该技术商业化的公司来说，这是一个简单但至关重要的点”，BrianSeger说道。