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同時解決兩個難題 廢舊電池也能實現碳轉化
2024年02月20日 11:19:07
來源：化工儀器網 點擊量：6289
電池是我們日常生活中常用的儲能產品，其種類豐富、性能突出，一定程度上促進了科技產品的普及與發展。但與此同時，隨著交通、通信、娛樂等產業對于電池依賴性的不斷提升廢棄電池回收及在應用成為了材料領域的一個難題。而就在最近，電池家族中一個重要的成員——鉛酸電池在二氧化碳轉化工程中似乎體現出了新的價值，有望為碳中和提供一份力。
【化工儀器網 行業百態】電池是我們日常生活中常用的儲能產品，其種類豐富、性能突出，一定程度上促進了科技產品的普及與發展。但與此同時，隨著交通、通信、娛樂等產業對于電池依賴性的不斷提升廢棄電池回收及在應用成為了材料領域的一個難題。而就在最近，電池家族中一個重要的成員——鉛酸電池在二氧化碳轉化工程中似乎體現出了新的價值，有望為碳中和提供一份力。
近日，中國科學技術大學同步輻射實驗室教授姚濤團隊與華中科技大學教授夏寶玉團隊、新西蘭奧克蘭大學博士王子運合作，成功利用廢舊電池實現了將二氧化碳轉換為甲酸。據悉，研究團隊首先從廢舊鉛酸電池中制備出了再生鉛催化劑，并將其運用在基于質子交換膜技術的電催化二氧化碳轉化中，成功利用再生鉛催化劑在寬pH范圍內取得了較高的電催化二氧化碳轉化活性。
基于質子交換膜技術的電催化二氧化碳轉化能夠實現高附加值化學品和燃料的生產，并且具備很好的穩定性，是工業化碳轉換的理想方式之一，被認為是解決能源與環境問題的重要碳中和技術之一。而發展這項技術的關鍵之二便是尋找酸穩定的碳轉換催化劑和膜電極系統。
根據實驗結果顯示，研究團隊從鉛酸電池中制備再生鉛催化劑，能夠幫助實現在2.2伏特電壓下、連續工作5200小時的條件下產生甲酸的法拉第效率超過93%，電流密度達到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化為具有高經濟價值的甲酸的實際應用價值，以及這項研究成果對于碳中和及相關技術研究的意義。
當然，這項研究涉及的內容遠不止此。根據相關報道消息，研究團隊為了理清再生鉛催化劑在電催化二氧化碳轉化反應中的真實活性結構，使用了原位X射線吸收譜技術開展了深入的研究，發現產生甲酸高選擇性和活性的關鍵因素是再生鉛催化劑在電催化二氧化碳轉化的還原電位下發生了動態結構演變，促使金屬態鉛與碳酸鉛在還原電位下一定比例的共存。
在此基礎上，團隊還利用原位紅外譜技術，進一步開展原位紅外研究，發現碳酸鉛表面的氣態二氧化碳會首先經過表面活化過程進入碳酸鉛晶格，再由晶格中的碳轉換成最終的甲酸產物。最終通過結合理論計算揭示了再生鉛催化劑的固相動態轉變誘導晶格碳活化和二氧化碳轉化機理。
目前相關研究已經發表于《自然》雜志，感興趣的讀者可以去查閱學習。
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