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David Sinton院士團(tuán)隊(duì)，一天兩篇ACS Energy Lett.！

來源：時(shí)間：2023-10-30 09:35:26 瀏覽：1261次

1. ACS Energy Lett.：直接膜沉積用于CO₂電解

第一作者：Tartela Alkayyali、Ali S. Zeraati、Harrison Mar

通訊作者：David Sinton院士、Nana Zhao

通訊單位：多倫多大學(xué)，加拿大能源、礦業(yè)與環(huán)境研究中心

DOI: https://doi.org/10.1021/acsenergylett.3c01716

研究背景

基于膜電極組件（MEA）或零間隙配置的可再生電催化系統(tǒng)提供了超越液流電池和H電池系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性，但CO₂還原反應(yīng)（CO₂RR）電解槽需要提高產(chǎn)品選擇性（法拉第效率，F(xiàn)E）、電池電壓和單程轉(zhuǎn)化率（SPC；輸入的CO₂轉(zhuǎn)化為CO₂RR產(chǎn)物的比例）。在CO₂電解槽中，使用正偏置雙極膜（f-BPM）具有避免昂貴的CO₂反應(yīng)物損失的優(yōu)點(diǎn)，但目前基于f-BPM的電解槽需要高電壓，并且以CO₂還原的產(chǎn)品為代價(jià)產(chǎn)生H₂?；诖耍?/span>多倫多大學(xué)David Sinton院士和加拿大能源、礦業(yè)與環(huán)境研究中心Nana Zhao等人報(bào)道了一種直接膜沉積（Direct membrane deposition, DMD）方法，結(jié)合陰離子和陽離子交換膜（分別為AEM和CEM）來增加傳輸和促進(jìn)CO₂再生。DMD方法在AEM和CEM之間構(gòu)建了一個(gè)無縫和連續(xù)的界面，提供了離子和氣體傳輸域的通道，從而可以超過固定結(jié)構(gòu)和厚度的商用膜所達(dá)到的性能。

文章要點(diǎn)

1、測試發(fā)現(xiàn)，共形的AEM‖CEM界面使得離子質(zhì)量傳輸率提高了58%，實(shí)現(xiàn)了高效的CO₂再生而不會(huì)起泡。通過定制AEM和CEM膜的厚度，在300 mA cm^-2下獲得了65%的C₂₊ FE和12%的H₂ FE。

2、此外，作者還展示了在300 mA cm^-2下的69%的SPC和42%的C₂₊選擇性，使得在最高SPC下，比現(xiàn)有的最佳碳效率f-BPM CO₂RR MEA電解槽的局部電流密度性能提高了2倍以上。

圖文展示

圖1.正向偏置模式下具有不同界面的BPM系統(tǒng)的理論分析

圖2. DMD的性能和表征

圖3. 不同電流密度下對(duì)照組和DMD系統(tǒng)的性能

圖4.比較DMD系統(tǒng)和正向偏置BPM CO₂電解槽

2、ACS Energy Lett.：陰離子介導(dǎo)的電化學(xué)提取Ca制取水泥

第一作者：Rui Kai Miao、Ning Wang

通訊作者：David Sinton院士、Edward H. Sargent院士

通訊單位：多倫多大學(xué)

DOI: https://doi.org/10.1021/acsenergylett.3c01668

研究背景

水泥作為產(chǎn)量最多的一種前驅(qū)材料，是目前世界上使用最多的混凝土材料。然而，水泥生產(chǎn)消耗了全球3%的能源，占人為CO₂排放量的8%。平均而言，生產(chǎn)每公斤水泥會(huì)排放1 Kg CO₂，這是燃料燃燒排放和原料石灰石（CaCO₃）釋放的碳的總和。基于此，David Sinton院士和Edward H. Sargent院士等人報(bào)道了基于陰離子介導(dǎo)的電化學(xué)鈣萃?。‥CE）的電化學(xué)水泥生產(chǎn)，解決了原料和能源排放問題。

文章要點(diǎn)

1、在本文中，原位生成的酸性電解質(zhì)（而不是pH梯度）在單獨(dú)的腔室中與石灰石反應(yīng)以提取鈣陽離子，確保石灰石中的CO₂以高純度釋放。這種高純度可以直接下游利用或儲(chǔ)存，而無需昂貴的碳捕獲和凈化步驟。

2、在基于膜的電解槽中加入高活性催化劑，在電流密度為200 mA/cm²下，實(shí)現(xiàn)了93%的電流效率和2.8 V的全電池電壓，相當(dāng)于6.7 GJ/噸水泥的能源成本，相當(dāng)于不捕獲CO₂的傳統(tǒng)水泥生產(chǎn)。水泥以標(biāo)準(zhǔn)形式生產(chǎn)，波特蘭水泥，符合當(dāng)前市場和建筑行業(yè)的法規(guī)。作者調(diào)整這一過程，以適應(yīng)無碳原料，石膏（CaSO₄·2H₂O），完全消除了原料排放。