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同時(shí)解決兩個(gè)難題 廢舊電池也能實(shí)現(xiàn)碳轉(zhuǎn)化
2024年02月20日 11:19:07
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電池是我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｓ玫膬?chǔ)能產(chǎn)品，其種類豐富、性能突出，一定程度上促進(jìn)了科技產(chǎn)品的普及與發(fā)展。但與此同時(shí)，隨著交通、通信、娛樂(lè)等產(chǎn)業(yè)對(duì)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(gè)難題。而就在最近，電池家族中一個(gè)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(jià)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?chǔ)能產(chǎn)品，其種類豐富、性能突出，一定程度上促進(jìn)了科技產(chǎn)品的普及與發(fā)展。但與此同時(shí)，隨著交通、通信、娛樂(lè)等產(chǎn)業(yè)對(duì)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(gè)難題。而就在最近，電池家族中一個(gè)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(jià)值，有望為碳中和提供一份力。
近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)同步輻射實(shí)驗(yàn)室教授姚濤團(tuán)隊(duì)與華中科技大學(xué)教授夏寶玉團(tuán)隊(duì)、新西蘭奧克蘭大學(xué)博士王子運(yùn)合作，成功利用廢舊電池實(shí)現(xiàn)了將二氧化碳轉(zhuǎn)換為甲酸。據(jù)悉，研究團(tuán)隊(duì)首先從廢舊鉛酸電池中制備出了再生鉛催化劑，并將其運(yùn)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(rèn)為是解決能源與環(huán)境問(wèn)題的重要碳中和技術(shù)之一。而發(fā)展這項(xiàng)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(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，研究團(tuán)隊(duì)從鉛酸電池中制備再生鉛催化劑，能夠幫助實(shí)現(xiàn)在2.2伏特電壓下、連續(xù)工作5200小時(shí)的條件下產(chǎn)生甲酸的法拉第效率超過(guò)93%，電流密度達(dá)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(jì)價(jià)值的甲酸的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，以及這項(xiàng)研究成果對(duì)于碳中和及相關(guān)技術(shù)研究的意義。
當(dāng)然，這項(xiàng)研究涉及的內(nèi)容遠(yuǎn)不止此。根據(jù)相關(guān)報(bào)道消息，研究團(tuán)隊(duì)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(shí)活性結(jié)構(gòu)，使用了原位X射線吸收譜技術(shù)開(kāi)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(dòng)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(tuán)隊(duì)還利用原位紅外譜技術(shù)，進(jìn)一步開(kāi)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(huì)首先經(jīng)過(guò)表面活化過(guò)程進(jìn)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(guò)結(jié)合理論計(jì)算揭示了再生鉛催化劑的固相動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)變誘導(dǎo)晶格碳活化和二氧化碳轉(zhuǎn)化機(jī)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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