Диоксид Матириалс

Диоксид Матириалс (Dioxide Materials) — претпријатие кое било основано во 2009 година во Шампејн, Илиноис, а денес е со седиште во Бока Ратон, Флорида. Неговата главна дејност е да развие технологија која ќе го намали јаглеродниот отпечаток во светот. Dioxide Materials развива технологија за претворање на јаглерод диоксид, вода и обновливи извори на енергија во јаглерод-неутрален бензин или гориво за авиони. Процесот вклучува рециклирање на CO2,ARPA-E Brief: Converting CO2 Into Fuels and Chemicals   одржливо производство на горива и намалувањето на обновливата енергијаLori Bird, Jaquelin Cochran, and Xi Wang, Wind and Solar Energy Curtailment: Experience and Practices in the United States, NREL Report NREL/TP-6A20-60983, March 2014 ARPA-E Brief: High Efficiency Hydrogen Production   (т.е. обновлива енергија што не може да се користи).

 Технологија на електролизатор на јаглерод диоксид 
Електролизаторите на јаглерод диоксид се главен дел од бизнисот на Диоксид Матириалс.Dioxide Materials website Работата започнала како одговор на предизвикот на Министерството за енергетика да се најдат подобри катализатори за електрохемиско намалување на јаглерод диоксидот.A. Bell et al. Basic research needs catalysts for energy, DOE PNNL-17214  Во тоа време, прекумерниот потенцијал (т.е. потрошениот напон) бил превисок, а стапката прениска за практични апликации.Halmann and Steinberg, "Greenhouse Gas Carbon Dioxide Mitigation," Lewis Publishers, 1999.  Работниците во компанијата теоретизирале дека бифункционалниот катализатор кој се состои од метал и јонска течност може да го намали прекумерниот потенцијал за електрохемиско редуцирање на јаглерод диоксид. Навистина, било откриено дека комбинацијата од два катализатори, раствор од сребрени наночестички и јонска течност кој содржи еднакви волумени на 1-етил-3-метилимидазолиум тетрафлуороборат (EMIM-BF4) и вода, го намалува преголемиот потенцијал за конверзија на CO2 во јаглерод моноксид (CO) од околу 1 волт до само 0,17 волти. Brian A. Rosen, Amin Salehi-Khojin, Michael R. Thorson, W. Zhu, Devin T. Whipple, Paul J. A. Kenis, Richard I Masel *, Ionic Liquid-Mediated Selective Conversion of CO2 to CO at Low Overpotentials, Science Vol. 334 no. 6056 pp. 643-644 (2011) . Работниците од други лаборатории последователно ги репродуцирале наодите на многу метали и со неколку јонски течности.Citations for Ionic Liquid-Mediated Selective Conversion of CO2 to CO at Low Overpotentials   Диоксид Матириалс покажале дека слично подобрување се јавува при електролиза на алкална водаR. I. Masel, Z. Liu, and S. D. Sajjad Anion Exchange Membrane Electrolyzers Showing 1 A/cm2 at Less Than 2 V, ECS Transactions, 75 (14) 1143-1146 (2016) Zengcai Liu, Syed Dawar Sajjad, Yan Gao, HongzhouYang. Jerry J.Kaczur. Richard I.Masel, The effect of membrane on an alkaline water electrolyzer, International Journal of Hydrogen Energy 42(50), 29661-29665 (2017)  и хидрокарбоксилација на ацетиленRichard I. Masel, Zheng Richard Ni, Qingmei CHEN, Brian A. Rosen, Process for the sustainable production of acrylic acid, US Patent 9790161 („ Репе хемија “).

Во овој момент, сè уште има прашање за тоа како имидазолиумот може да го намали преголемиот потенцијал за електрохемиско намалување на јаглерод диоксидот. Првиот чекор во електролизата на CO2 е додавање на електрон во CO2 или молекуларен комплекс кој содржи CO2. Добиениот вид е означен како „CO2¯“ на сликата лево. Потребен е најмалку електрон-волт енергија по молекула за да се формира видот во отсуство на јонска течност.Chemistry Views (Elsevier) Converting CO2 with Less Energy  Тој електрон-волт енергија во голема мера се троши за време на реакцијата. РозенBrian A. Rosen, Amin Salehi-Khojin, Michael R. Thorson, W. Zhu, Devin T. Whipple, Paul J. A. Kenis, Richard I Masel *, Ionic Liquid-Mediated Selective Conversion of CO2 to CO at Low Overpotentials, Science Vol. 334 no. 6056 pp. 643-644 (2011) doi:10.1126/science.1209786. претпоставува дека нов комплекс се формира во присуство на јонската течност, така што 1 eV енергија не се троши. Комплексот овозможува реакцијата да ја следи зелената патека на сликата од десната страна. Неодамнешната работа сугерира дека новиот комплекс е цвитерион.Mark Pellerite, Marina Kaplun, Claire Hartmann-Thompson, Krzysztof A. Lewinski, Nancy Kunz, Travis Gregar, John Baetzold, Dale Lutz, Matthew Quast, Zengcai Liu, Hongzhou Yang, Syed D. Sajjad, Yan Gao, and Rich Masel Imidazolium-Functionalized Polymer Membranes for Fuel Cells and Electrolyzers, ECS Trans. 2017 80(8): 945-956;  Други можни патеки (т.е. не-цвитериони) се дискутирани во Кит и сор.John A. Keith and Emily A. Carter,
 Theoretical Insights into Electrochemical CO2 Reduction Mechanisms Catalyzed by Surface-Bound Nitrogen Heterocycles, J. Phys. Chem. Lett., 2013, 4 (23), pp 4058–4063  Розен и сор. Jonathan Rosen, Gregory S. Hutchings, Qi Lu, Sean Rivera, Yang Zhou, Dionisios G. Vlachos, and Feng Jiao, Mechanistic Insights into the Electrochemical Reduction of CO2 to CO on Nanostructured Ag Surfaces, ACS Catal., 2015, 5 (7), pp 4293–4299  Вердагер-Касадевал и сор. Arnau Verdaguer-Casadevall, Christina W. Li‡, Tobias P. Johansson, Soren B. Scott, Joseph T. McKeown, Mukul Kumar, Ifan E. L. Stephens, Matthew W. Kanan*, and Ib Chorkendorff* Probing the Active Surface Sites for CO Reduction on Oxide-Derived Copper Electrocatalysts, J. Am. Chem. Soc., 2015, 137 (31), pp 9808–9811 и Ши и сор.Chuan Shi, Heine A. Hansen, Adam C. Lauscheb, and Jens K. Nørskov, Trends in electrochemical CO2 reduction activity for open and close-packed metal surfaces, Phys. Chem. Chem. Phys., 2014,16, 4720-4727 

 Мембрани за одржување 
За жал, било откриено дека јонските течности се премногу корозивни за да се користат во практични електролизери на јаглерод диоксид. Јонските течности се силни растворувачи. Тие ги раствораат/кородираат заптивките, јаглеродните електроди и другите делови во комерцијалните електролизери. Како резултат на тоа, било тешко да се користат во пракса.

Со цел да се избегне корозија, Диоксид Матириалс се префрлиле од јонски течни катализатори на каталитички полимери за размена на анјони.R. I. Masel, Qingmei Chen, Zengcai liu, Robert Kutz, Ion Conducting Polymers, US patent 9580824 Richard I. Masel, Amin Salehi-Khojin, Robert Kutz, Electrocatalytic process for carbon dioxide conversion, US Patent 981501  Биле тестирани голем број полимери и стиренскиот полимер функционализиран со имидазолиум прикажан на сликата од десната страна покажал најдобри перформанси.Robert Brian Kutz, Qingmei Chen, Hongzhou Yang, Syed Dawar Sajjad, Zengcai Liu, Richard Masel, Sustainion Imidazolium-functionalized Polymers for Carbon Dioxide Electrolysis, Energy Technology 5, (6) 929-936 (2017)  Мембраните го добиле трговското име Сустејнион (Sustainion). Употребата на мембраните Сустејнион ја зголемило струјата и животниот век на електролизаторот CO2 во комерцијално корисниот опсег.R.F. Service, Two new ways to turn ‘garbage’ carbon dioxide into fuel Science, Sept 1, 2017 Steven K Ritter, CO2 Electrolyzer Nears Commercialization, C&E News, Volume 93 Issue 13 | p. 30 . March 30, 2015Mark Harris, The entrepreneurs turning carbon dioxide into fuels, The Guardian, 14 Sept 2017 SAVVY: Turning Carbon Dioxide into products New Straitus Times, Dec 3, 2017. Michael Foertsch, These methods turn CO2 into cheap energy, Wired, Sept 24, 2017 Одржливите мембрани покажале спроводливост над 100 mS/cm под алкални услови на 60°C,Zengcai Liu, Syed Dawar Sajjad, Yan Gao, HongzhouYang. Jerry J.Kaczur. Richard I.Masel, The effect of membrane on an alkaline water electrolyzer, International Journal of Hydrogen Energy 42(50), 29661-29665 (2017) doi:10.1016/j.ijhydene.2017.10.050 стабилност за илјадници часа во 1M KOH, и нудат физичка механичка стабилност што е корисна за многу различни апликации. Мембраните покажале животен век над 3000 часа во електролизатори на CO2 при висока густина на струја.Syed D. Sajjad, Yan Gao, Zengcai Liu, Hongzhou Yang and Rich Masel Tunable-High Performance Sustainion™ Anion Exchange Membranes for Electrochemical Applications ECS Transactions, 77(11): 1653-1656 (2017)  Поновите истражувања забележале дека клеточната мембрана која има оптимизирана катода има способност да работи до 158 дена на 200 mA/cm 2.Zengcai Liu et al 2018 J. Electrochem. Soc. 165 J3371
DOI 10.1149/2.0501815jes

 Наводи 

Категорија:Климатски промени
Категорија:Јаглерод диоксид
Категорија:Американски претпријатија од хемиската индустрија