国际能源网讯:美国伊利诺伊州立大学化学和生物分子工程系研究团队于2011年10月7日宣布,开发二氧化碳(CO2)电还原为CO的过程,CO是可用人工光合成生成的关键组分,该过程受到不切实际的需用高过电压位的制约,只有这样才能克服实现这一过程的阻碍。
而伊利诺伊州立大学研究团队开发的电催化系统,可在低于0.2 V下使CO2高效的还原为CO。
该系统依赖于一种离子液体电解质,用以降低(CO2)-中间体的能量,从而可降低初始还原障碍。然后用银阴极进行催化形成最终产品。
气体CO的形成首先在1.5V下出现,仅高于最低(即平衡)电压1.33V。该系统继续在至少7个小时内可持续产生CO,法拉第效率在96%以上,这一成果已在《科学(Science)》杂志上发表。
二十年前,Bockris和同事提出,需要高的过电位才能使CO2转化,因为CO2转化的第一步是形成“CO2− ”中间体 。而在新的研究成果方面,“CO2− ”不一定是裸露的CO2−阴离子。相反,当电子被加入CO2时就可成为这种形式。“(CO2)− ” 形成的平衡电位在水中和最常用的溶剂中是很大的负值。因此,有必要在反应发生时,使阴极在很大的负值(即高的过电位)下运行。
所描述的工作开发了共催化剂,它可使生成“CO2− ”中间体的电位降低,中间体随后藉助银阴极与 H +反应生成CO。
在人工光合作用中,电化学电池使用来自太阳能集热器或风力涡轮机的能量,使CO2转化为简单的含碳燃料,如甲酸或甲醇,它可进一步被加工,生成乙醇和其他燃料。然而,使二氧化碳变成一氧化碳的第一步,要耗用过多的能量,才能使过程迈向商业化。需要太多的电力来驱动这第一反应,要用更多的能量才能生产燃料,比燃料中存储的能量还要多。
而使用该离子液体电解质可稳定反应中的中间体,从而需要极少的电力就可完成转化。
该过程的能量效率在低电压(1.5V)下为87%,并随电压的增加而下降,因为在膜和溶液中存在电阻损耗而造成能量损失。