IIT-Forscher entwickeln Elektrolyseur, der CO2 in Propan umwandelt

Forscher am Illinois Institute of Technology (IIT) haben zusammen mit Kollegen der University of Pennsylvania und der University of Illinois in Chicago einen Elektrolyseur entwickelt, der Kohlendioxid auf skalierbare und wirtschaftlich sinnvolle Weise in Propan umwandeln kann. Ein Artikel über die Arbeit ist veröffentlicht in

Propan ist ein Trikohlenstoffalkan (C3), das häufig als Kraftstoff verwendet wird. Trotz der jüngsten Fortschritte in der CO2-Elektrokatalyse ist die Herstellung von C3+-Molekülen direkt aus CO2 aufgrund hoher Reaktionsbarrieren und konkurrierender Reaktionen zu C1-, C2- und H2-Produkten eine Herausforderung.

Hier berichten wir über ein katalytisches System bestehend aus 1-Ethyl-3-methylimidazolium-funktionalisierten Mo3P-Nanopartikeln, die mit einem Anionenaustauscher-Ionomer beschichtet sind und Propan aus CO2 mit einer Stromdichte von −395 mA cm−2 und einem Faradayschen Wirkungsgrad von 91 % erzeugen −0,8 V gegen reversible Wasserstoffelektrode über 100 h in einem Elektrolyseur.

Unsere Charakterisierung und Berechnungen der Dichtefunktionaltheorie legen nahe, dass die Imidazoliumfunktionalisierung die elektrokatalytischen Eigenschaften von Mo-Atomen an der Oberfläche verbessert und den Weg zu Propan begünstigt, indem die Adsorptionsenergien kohlenstoffbasierter Zwischenprodukte an den Mo-Zentren erhöht werden. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Ionomerbeschichtung eine entscheidende Rolle bei der Stabilisierung der Imidazolium-funktionalisierten Oberfläche von Mo3P-Nanopartikeln während Langzeittests spielt.

Illustration eines Elektrolyseurs, der mithilfe eines neuartigen Katalysators Kohlendioxid in Propan umwandelt. Quelle: IIT

Um ein tiefes Verständnis der Funktionsweise des Katalysators zu gewährleisten, verwendete das Team eine Kombination aus experimentellen und rechnerischen Methoden. Dieser Ansatz beleuchtete die entscheidenden Elemente, die die Reaktionsaktivität, Selektivität und Stabilität des Katalysators beeinflussen.

Ein besonderes Merkmal dieser Technologie, das ihre kommerzielle Realisierbarkeit verleiht, ist die Implementierung eines Durchflusselektrolyseurs. Dieses Design ermöglicht eine kontinuierliche Propanproduktion und umgeht die Fallstricke der konventionelleren Batch-Verarbeitungsmethoden.

Ressourcen

Esmaeilirad, M., Jiang, Z., Harzandi, AM et al. „Imidazolium-funktionalisierte Mo3P-Nanopartikel mit Ionomerbeschichtung für die elektrokatalytische Reduktion von CO2 zu Propan.“ Nat Energy doi: 10.1038/s41560-023-01314-8

Gepostet am 19. August 2023 in Kohlenstoffabscheidung und -umwandlung (CCC), Kraftstoffe, Flüssiggas, Markthintergrund | Permalink | Kommentare (15)