Hatur nuhun parantos nganjang ka Nature.com. Vérsi browser anu anjeun anggo gaduh dukungan CSS anu terbatas. Pikeun hasil anu pangsaéna, kami nyarankeun anjeun nganggo vérsi browser anu langkung énggal (atanapi nonaktipkeun Modeu Kompatibilitas dina Internet Explorer). Samentawis waktos, pikeun mastikeun dukungan anu terus-terusan, kami nampilkeun situs ieu tanpa gaya atanapi JavaScript.
Réduksi éléktrokimia karbon dioksida jadi asam format mangrupikeun cara anu ngajangjikeun pikeun ningkatkeun panggunaan karbon dioksida sareng gaduh aplikasi poténsial salaku média panyimpen hidrogén. Dina ieu karya, arsitéktur rakitan éléktroda mémbran celah nol dikembangkeun pikeun sintésis éléktrokimia langsung asam format tina karbon dioksida. Kamajuan téknologi konci nyaéta mémbran tukeur kation anu dilubangi, anu, nalika dianggo dina konfigurasi mémbran bipolar anu bias maju, ngamungkinkeun asam format anu kabentuk dina antarmuka mémbran dipindahkeun ngaliwatan médan aliran anodik dina konsentrasi anu handap sapertos 0,25 M. Tanpa komponén sandwich tambahan antara anoda sareng katoda, konsép ieu ngagaduhan tujuan pikeun ngamangpaatkeun bahan batré anu aya sareng desain anu umum dina sél bahan bakar sareng éléktrolisis hidrogén, anu ngamungkinkeun transisi anu langkung gancang kana skala-up sareng komersialisasi. Dina sél 25 cm2, konfigurasi mémbran tukeur kation anu dilubangi nyayogikeun efisiensi Faraday >75% pikeun asam format dina <2 V sareng 300 mA/cm2. Anu langkung penting, tés stabilitas 55 jam dina 200 mA/cm2 nunjukkeun efisiensi Faraday sareng tegangan sél anu stabil. Analisis tekno-ékonomi dianggo pikeun ngagambarkeun cara-cara pikeun ngahontal paritas biaya sareng metode produksi asam format ayeuna.
Réduksi éléktrokimia karbon dioksida jadi asam format ngagunakeun listrik anu tiasa dianyarikeun parantos kabuktosan ngirangan biaya produksi dugi ka 75%1 dibandingkeun sareng metode tradisional anu berbasis bahan bakar fosil. Sakumaha anu dituduhkeun dina literatur2,3, asam format ngagaduhan rupa-rupa aplikasi, ti mimiti cara anu efisien sareng ekonomis pikeun nyimpen sareng ngangkut hidrogén ka bahan baku pikeun industri kimia4,5 atanapi industri biomassa6. Asam format malah parantos diidentifikasi salaku bahan baku pikeun konvérsi salajengna janten zat antara bahan bakar jet anu lestari ngagunakeun rékayasa métabolik7,8. Kalayan kamekaran ékonomi asam format1,9, sababaraha karya panalungtikan parantos fokus kana optimalisasi selektivitas katalis10,11,12,13,14,15,16. Nanging, seueur usaha anu terus fokus kana sél-H alit atanapi sél aliran cair anu beroperasi dina kapadetan arus anu handap (<50 mA/cm2). Pikeun ngirangan biaya, ngahontal komersialisasi sareng ningkatkeun penetrasi pasar salajengna, réduksi karbon dioksida éléktrokimia (CO2R) kedah dilakukeun dina kapadetan arus anu luhur (≥200 mA/cm2) sareng efisiensi Faraday (FE)17 bari maksimalkeun panggunaan bahan sareng nganggo komponén batré tina téknologi sél bahan bakar sareng éléktrolisis cai ngamungkinkeun alat CO2R pikeun ngamangpaatkeun ékonomi skala18. Salaku tambahan, pikeun ningkatkeun utilitas produksi sareng nyingkahan pamrosésan hilir tambahan, asam format kedah dianggo salaku produk ahir tinimbang uyah format19.
Dina arah ieu, usaha-usaha anyar parantos dilakukeun pikeun ngembangkeun alat éléktroda difusi gas (GDE) dumasar format/asam format CO2R anu relevan sacara industri. Tinjauan komprehensif ku Fernandez-Caso et al.20 ngaruntuykeun sadaya konfigurasi sél éléktrokimia pikeun réduksi CO2 kana asam format/format anu terus-terusan. Sacara umum, sadaya konfigurasi anu aya tiasa dibagi kana tilu kategori utama: 1. Katolit aliran-liwat19,21,22,23,24,25,26,27, 2. Mémbran tunggal (mémbran pertukaran kation (CEM)28 atanapi mémbran pertukaran anion (AEM)29 sareng 3. Konfigurasi Sandwich15,30,31,32. Penampang anu disederhanakeun tina konfigurasi ieu dipidangkeun dina Gambar 1a. Pikeun konfigurasi aliran katolit, ruang éléktrolit didamel antara mémbran sareng katoda GDE. Katolit aliran-liwat dianggo pikeun nyiptakeun saluran ion dina lapisan katoda katalis33, sanaos kabutuhanana pikeun ngontrol selektivitas format masih diperdebatkeun34. Nanging, konfigurasi ieu dianggo ku Chen et al. Ngagunakeun katoda SnO2 dina substrat karbon kalayan lapisan katolit kandel 1,27 mm, dugi ka 90% FE35 dina 500 mA/cm2 kahontal. Kombinasi tina kandel Lapisan katolit sareng mémbran bipolar bias-balik (BPM) anu ngawatesan transfer ion nyayogikeun tegangan operasi 6 V sareng efisiensi énergi 15%. Pikeun ningkatkeun efisiensi énergi, Li et al., nganggo konfigurasi CEM tunggal, ngahontal FE 29 93,3% dina kapadetan arus fraksional 51,7 mA/cm2. Diaz-Sainz et al.28 nganggo mesin press filter kalayan mémbran CEM tunggal dina kapadetan arus 45 mA/cm2. Nanging, sadaya metode ngahasilkeun format tinimbang produk anu dipikaresep, asam format. Salian ti sarat pamrosésan tambahan, dina konfigurasi CEM, format sapertos KCOOH tiasa gancang akumulasi dina GDE sareng widang aliran, nyababkeun larangan transportasi sareng pamustunganana kagagalan sél.
Babandingan tilu konfigurasi alat konvérsi CO2R ka format/asam format anu paling nonjol sareng arsitéktur anu diusulkeun dina panilitian ieu. b Babandingan total arus sareng hasil format/asam format pikeun konfigurasi katolit, konfigurasi sandwich, konfigurasi CEM tunggal dina literatur (dipidangkeun dina Tabel Tambahan S1) sareng padamelan kami. Tanda kabuka nunjukkeun produksi larutan format, sareng tanda padet nunjukkeun produksi asam format. *Konfigurasi anu dipidangkeun nganggo hidrogén dina anoda. c Konfigurasi MEA nol-gap nganggo mémbran bipolar komposit kalayan lapisan pertukaran kation perforasi anu beroperasi dina mode bias maju.
Pikeun nyegah formasi format, Proietto et al. 32 nganggo konfigurasi pencét filter tanpa pamisah dimana cai deionisasi ngalir ngaliwatan lapisan interlayer. Sistem ieu tiasa ngahontal >70% CE dina kisaran kapadetan arus 50–80 mA/cm2. Sarua, Yang et al. 14 ngusulkeun panggunaan lapisan interlayer éléktrolit padet antara CEM sareng AEM pikeun ngamajukeun formasi asam format. Yang et al.31,36 ngahontal 91,3% FE dina sél 5 cm2 dina 200 mA/cm2, ngahasilkeun larutan asam format 6,35 wt%. Xia et al. Nganggo konfigurasi anu sami, 83% konvérsi karbon dioksida (CO2) kana asam format FE kahontal dina 200 mA/cm2, sareng daya tahan sistem diuji salami 100 jam 30 menit. Sanaos hasil skala leutik ngajangjikeun, biaya sareng kompleksitas résin tukeur ion porous anu ningkat ngajantenkeun hésé pikeun skala konfigurasi interlayer kana sistem anu langkung ageung (contona, 1000 cm2).
Pikeun ngabayangkeun pangaruh bersih tina desain anu béda-béda, urang ngitung produksi asam format/asam format per kWh pikeun sadaya sistem anu disebatkeun sateuacanna sareng ngaplotna dina Gambar 1b. Jelas di dieu yén sistem naon waé anu ngandung katolit atanapi lapisan antara bakal ngahontal puncak kinerjana dina kapadetan arus anu handap sareng turun dina kapadetan arus anu langkung luhur, dimana wates ohmik tiasa nangtukeun tegangan sél. Leuwih ti éta, sanaos konfigurasi CEM anu hemat énergi nyayogikeun produksi asam format molar pangluhurna per kWh, panumpukan uyah tiasa nyababkeun degradasi kinerja anu gancang dina kapadetan arus anu luhur.
Pikeun ngirangan modeu kagagalan anu parantos dibahas sateuacanna, kami ngembangkeun rakitan éléktroda mémbran (MEA) anu ngandung BPM bias maju komposit kalayan mémbran pertukaran kation perforasi (PCEM). Arsitekturna dipidangkeun dina Gambar 1c. Hidrogén (H2) diwanohkeun kana anoda pikeun ngahasilkeun proton ngaliwatan réaksi oksidasi hidrogén (HOR). Lapisan PCEM diwanohkeun kana sistem BPM pikeun ngamungkinkeun ion format anu dihasilkeun dina katoda nembus AEM, ngahiji sareng proton pikeun ngabentuk asam format dina antarmuka BPM sareng pori interstitial CEM, teras kaluar ngaliwatan anoda GDE sareng widang aliran. . Ngagunakeun konfigurasi ieu, kami ngahontal >75% FE asam format dina <2 V sareng 300 mA/cm2 pikeun daérah sél 25 cm2. Anu paling penting, desain ieu ngamangpaatkeun komponén sareng arsitéktur perangkat keras anu sayogi sacara komersil pikeun pabrik éléktrolisis sél bahan bakar sareng cai, anu ngamungkinkeun waktos anu langkung gancang pikeun diskalakeun. Konfigurasi katolit ngandung ruang aliran katolit anu tiasa nyababkeun ketidakseimbangan tekanan antara fase gas sareng cair, khususna dina konfigurasi sél anu langkung ageung. Pikeun struktur sandwich kalayan lapisan porous aliran cairan, diperyogikeun usaha anu signifikan pikeun ngaoptimalkeun lapisan intermediat porous pikeun ngirangan turunna tekanan sareng akumulasi karbon dioksida dina lapisan intermediat. Duanana ieu tiasa nyababkeun gangguan komunikasi sélulér. Hésé ogé ngahasilkeun lapisan porous ipis anu mandiri dina skala anu ageung. Sabalikna, konfigurasi énggal anu diusulkeun nyaéta konfigurasi MEA zero-gap anu henteu ngandung ruang aliran atanapi lapisan intermediat. Dibandingkeun sareng sél éléktrokimia anu tos aya, konfigurasi anu diusulkeun unik sabab ngamungkinkeun sintésis langsung asam format dina konfigurasi zero-gap anu tiasa diskalakeun, hemat énergi, sareng tiasa diskalakeun.
Pikeun ngurangan évolusi hidrogén, usaha réduksi CO2 skala ageung parantos nganggo konfigurasi mémbran MEA sareng AEM digabungkeun sareng éléktrolit konsentrasi molar anu luhur (contona, 1-10 M KOH) pikeun nyiptakeun kaayaan basa dina katoda (sakumaha anu dipidangkeun dina Gambar 2a). Dina konfigurasi ieu, ion format anu kabentuk dina katoda ngaliwat mémbran salaku spésiés anu dicas négatif, teras KCOOH kabentuk sareng kaluar tina sistem ngalangkungan aliran KOH anodik. Sanaos FE format sareng tegangan sél mimitina nguntungkeun sapertos anu dipidangkeun dina Gambar 2b, uji stabilitas nyababkeun réduksi FE sakitar 30% ngan ukur dina 10 jam (Gambar S1a–c). Perlu dicatet yén panggunaan anolit 1 M KOH penting pisan pikeun ngaminimalkeun overvoltage anodik dina sistem réaksi évolusi oksigén basa (OER)37 sareng ngahontal aksés ion dina ranjang katalis katoda33. Nalika konsentrasi anolit dikirangan janten 0,1 M KOH, tegangan sél sareng oksidasi asam format (leungitna asam format) ningkat (Gambar S1d), anu ngagambarkeun trade-off jumlah nol. Darajat oksidasi format ditaksir nganggo kasaimbangan massa sakabéhna; kanggo langkung rinci, tingali bagian "Métode". Kinerja nganggo konfigurasi mémbran MEA sareng CEM tunggal ogé dikaji, sareng hasilna dipidangkeun dina Gambar S1f,g. Format FE anu dikumpulkeun tina katoda nyaéta >60% dina 200 mA/cm2 dina awal tés, tapi gancang ruksak dina dua jam kusabab akumulasi uyah katoda anu dibahas sateuacanna (Gambar S11).
Skematik MEA zero-gap kalayan CO2R di katoda, réaksi oksidasi hidrogén (HOR) atanapi OER di anoda, sareng hiji mémbran AEM di antawisna. b Tegangan FE sareng sél pikeun konfigurasi ieu kalayan 1 M KOH sareng OER anu ngalir di anoda. Batang kasalahan ngagambarkeun standar deviasi tina tilu pangukuran anu béda. dina tegangan FE sareng sél sistem kalayan H2 sareng HOR di anoda. Warna anu béda dianggo pikeun ngabédakeun produksi asam format sareng asam format. d Diagram skematis MEA kalayan BPM digeser ka hareup di tengah. Tegangan FE sareng batré dibandingkeun waktos dina 200 mA/cm2 nganggo konfigurasi ieu. f Gambar cross-sectional tina BPM MEA anu bias ka hareup saatos tés pondok.
Pikeun ngahasilkeun asam format, hidrogén disayogikeun ka katalis Pt-on-carbon (Pt/C) di anoda. Sakumaha anu dipidangkeun dina Gambar 2d, proton anu ngahasilkeun BPM anu bias maju di anoda parantos ditalungtik sateuacanna pikeun ngahontal produksi asam format. Unit tuning BPM gagal saatos 40 menit operasi dina arus 200 mA/cm2, dibarengan ku lonjakan tegangan langkung ti 5 V (Gambar 2e). Saatos diuji, delaminasi anu jelas katingali dina antarmuka CEM/AEM. Salian ti format, anion sapertos karbonat, bikarbonat sareng hidroksida ogé tiasa nembus mémbran AEM sareng meta-réaksi sareng proton dina antarmuka CEM/AEM pikeun ngahasilkeun gas CO2 sareng cai cair, anu nyababkeun delaminasi BPM (Gambar 2f) sareng, pamustunganana nyababkeun kagagalan sél.
Dumasar kana kinerja sareng mékanisme kagagalan tina konfigurasi di luhur, arsitéktur MEA énggal diusulkeun sapertos anu dipidangkeun dina Gambar 1c sareng dijelaskeun dina Gambar 3a38. Di dieu, lapisan PCEM nyayogikeun jalur pikeun migrasi asam format sareng anion tina antarmuka CEM/AEM, sahingga ngirangan akumulasi zat. Dina waktos anu sami, jalur interstitial PCEM ngarahkeun asam format kana média difusi sareng médan aliran, ngirangan kamungkinan oksidasi asam format. Hasil polarisasi nganggo AEM kalayan ketebalan 80, 40 sareng 25 mm dipidangkeun dina Gambar 3b. Sapertos anu dipiharep, sanaos tegangan sél sacara umum ningkat kalayan ningkatna ketebalan AEM, nganggo AEM anu langkung kandel nyegah difusi deui asam format, sahingga ningkatkeun pH katoda sareng ngirangan produksi H2 (Gambar 3c–e).
a Ilustrasi struktur MEA nganggo AEM sareng CEM anu dilubangi sareng jalur transportasi asam format anu béda. b Tegangan sél dina kapadetan arus anu béda sareng ketebalan AEM anu béda. dina EE dina rupa-rupa kapadetan arus kalayan ketebalan AEM 80 μm (d) 40 μm, e) 25 μm. Batang kasalahan ngagambarkeun standar deviasi anu diukur tina tilu sampel anu misah. f Hasil simulasi konsentrasi asam format sareng nilai pH dina antarmuka CEM/AEM dina ketebalan AEM anu béda. f PC sareng pH dina lapisan katoda katalis kalayan ketebalan pilem AEM anu béda. g Sebaran dua diménsi konsentrasi asam format kalayan antarmuka CEM/AEM sareng perforasi.
Gambar S2 nunjukkeun distribusi konsentrasi asam format sareng pH di sakuliah ketebalan MEA nganggo modél unsur terbatas Poisson-Nernst-Planck. Teu anéh yén konsentrasi asam format pangluhurna, 0,23 mol/L, katingali dina antarmuka CEM/AEM, sabab asam format kabentuk dina antarmuka ieu. Konsentrasi asam format ngaliwatan AEM turun langkung gancang nalika ketebalan AEM ningkat, nunjukkeun résistansi anu langkung ageung kana transfer massa sareng kirang fluks asam format kusabab difusi balik. Gambar 3 f sareng g nunjukkeun nilai pH sareng asam format dina ranjang katalis katoda anu disababkeun ku difusi balik sareng distribusi dua diménsi konsentrasi asam format, masing-masing. Beuki ipis mémbran AEM, beuki luhur konsentrasi asam format caket katoda, sareng pH katoda janten asam. Ku alatan éta, sanaos mémbran AEM anu langkung kandel nyababkeun karugian ohmik anu langkung luhur, éta penting pisan pikeun nyegah difusi balik asam format ka katoda sareng maksimalkeun kamurnian anu luhur tina sistem asam format FE. Pamungkas, ningkatkeun ketebalan AEM janten 80 μm ngahasilkeun FE >75% pikeun asam format dina <2 V sareng 300 mA/cm2 pikeun daérah sél 25 cm2.
Pikeun nguji stabilitas arsitéktur berbasis PECM ieu, arus batré dijaga dina 200 mA/cm2 salami 55 jam. Hasil sakabéhna dipidangkeun dina Gambar 4, kalayan hasil tina 3 jam mimiti disorot dina Gambar S3. Nalika nganggo katalis anodik Pt/C, tegangan sél ningkat sacara seukeut dina 30 menit mimiti (Gambar S3a). Salila periode waktu anu langkung lami, tegangan sél tetep ampir konstan, nyayogikeun laju degradasi 0,6 mV/jam (Gambar 4a). Dina awal tés, PV asam format anu dikumpulkeun dina anoda nyaéta 76,5% sareng PV hidrogén anu dikumpulkeun dina katoda nyaéta 19,2%. Saatos jam kahiji tés, FE hidrogén turun janten 13,8%, nunjukkeun selektivitas format anu ningkat. Nanging, laju oksidasi asam format dina sistem turun janten 62,7% dina 1 jam, sareng laju oksidasi asam format anoda ningkat tina ampir enol dina awal tés janten 17,0%. Salajengna, FE H2, CO, asam format sareng laju oksidasi anoda asam format tetep stabil salami ékspérimén. Kanaékan oksidasi asam format salami jam kahiji tiasa disababkeun ku akumulasi asam format dina antarmuka PCEM/AEM. Nalika konsentrasi asam format ningkat, éta henteu ngan ukur kaluar ngalangkungan perforasi mémbran, tapi ogé nyebar ngalangkungan FEM sorangan sareng lebet kana lapisan anoda Pt/C. Kusabab asam format mangrupikeun cairan dina suhu 60°C, akumulasina tiasa nyababkeun masalah transfer massa sareng nyababkeun oksidasi préférensial tibatan hidrogén.
a Tegangan sél dibandingkeun waktos (200 mA/cm2, 60 °C). Sisipan nunjukkeun gambar mikroskop optik tina penampang MEA kalayan EM anu dilubangi. Bilah skala: 300 µm. b Kamurnian PE sareng asam format salaku fungsi waktos dina 200 mA/cm2 nganggo anoda Pt/C.
Morfologi sampel dina awal uji coba (BOT) nalika persiapan sareng dina ahir uji coba (EOT) saatos 55 jam uji stabilitas dicirikeun nganggo tomografi komputer nano-X-ray (nano-CT), sapertos anu dipidangkeun dina Gambar 5 a. Sampel EOT ngagaduhan ukuran partikel katalis anu langkung ageung kalayan diaméter 1207 nm dibandingkeun sareng 930 nm pikeun BOT. Gambar mikroskop éléktron transmisi scanning medan poék annular sudut luhur (HAADF-STEM) sareng hasil spéktroskopi sinar-X dispersif énergi (EDS) dipidangkeun dina Gambar 5b. Sanaos lapisan katalis BOT ngandung kalolobaan partikel katalis anu langkung alit ogé sababaraha aglomerat anu langkung ageung, dina tahap EOT lapisan katalis tiasa dibagi kana dua daérah anu béda: hiji kalayan partikel padet anu langkung ageung sareng anu sanésna kalayan daérah anu langkung porous. Jumlah partikel anu langkung alit. Gambar EDS nunjukkeun yén partikel padet anu ageung beunghar ku Bi, kamungkinan logam Bi, sareng daérah porous beunghar ku oksigén. Nalika sél dioperasikeun dina 200 mA/cm2, poténsi négatif katoda bakal nyababkeun réduksi Bi2O3, sakumaha anu dibuktikeun ku hasil spéktroskopi panyerepan sinar-X in situ anu dibahas di handap. Hasil pemetaan HAADF-STEM sareng EDS nunjukkeun yén Bi2O3 ngalaman prosés réduksi, anu nyababkeun aranjeunna kaleungitan oksigén sareng ngagumpal kana partikel logam anu langkung ageung. Pola difraksi sinar-X tina katoda BOT sareng EOT mastikeun interpretasi data EDS (Gambar 5c): ngan ukur Bi2O3 kristalin anu dideteksi dina katoda BOT, sareng bimetal kristalin kapanggih dina katoda EOT. Pikeun ngartos pangaruh poténsial katoda kana kaayaan oksidasi katalis katoda Bi2O3, suhu divariasikeun tina poténsial sirkuit kabuka (+0,3 V vs RHE) dugi ka -1,5 V (vs RHE). Katitén yén fase Bi2O3 mimiti dikirangan dina -0,85 V dibandingkeun sareng RHE, sareng panurunan inténsitas garis bodas di daérah ujung spéktrum nunjukkeun yén Bi logam dikirangan janten 90% tina RHE dina -1,1. V ngalawan RHE (Gambar 5d). Henteu paduli mékanismena, selektivitas format sacara umum di katoda sacara dasarna henteu robih, sapertos anu disimpulkeun tina H2 sareng CO FE sareng formasi asam format, sanaos aya parobihan anu signifikan dina morfologi katoda, kaayaan oksidasi katalis, sareng struktur mikrokristalin.
a Struktur tilu diménsi tina lapisan katalis sareng distribusi partikel katalis anu diala nganggo nano-X-ray CT. Bilah skala: 10 µm. b Luhur 2: Gambar HAADF-STEM tina lapisan katoda katalis BOT sareng EOT. Bilah skala: 1 µm. Handap 2: Gambar HADF-STEM sareng EDX anu digedekeun tina lapisan katoda katalis EOT. Bilah skala: 100 nm. c Pola difraksi sinar-X tina sampel katoda BOT sareng EOT. d Spéktra serapan sinar-X in situ tina éléktroda Bi2O3 dina 0,1 M KOH salaku fungsi poténsial (0,8 V dugi ka -1,5 V vs. RHE).
Pikeun nangtukeun sacara pasti kasempetan naon anu aya pikeun ningkatkeun efisiensi énergi ku cara ngahambat oksidasi asam format, éléktroda rujukan H2 dianggo pikeun ngaidentipikasi kontribusi leungitna tegangan39. Dina kapadetan arus kirang ti 500 mA/cm2, poténsial katoda tetep di handap -1,25 V. Poténsi anodik dibagi kana dua bagian utama: kapadetan arus tukeur HOR sareng overvoltage téoritis HOR 40 anu diprediksi ku persamaan Bulter-Volmer anu diukur sateuacanna, sareng bagian sésana disababkeun ku oksidasi asam format. Kusabab kinétika réaksi anu langkung laun dibandingkeun sareng HOR41, laju réaksi oksidasi asam format anu alit di anoda tiasa nyababkeun paningkatan anu signifikan dina poténsial anodik. Hasilna nunjukkeun yén inhibisi lengkep oksidasi anodik asam format tiasa ngaleungitkeun overvoltage ampir 500 mV.
Pikeun nguji estimasi ieu, laju aliran cai deionisasi (DI) dina saluran masuk anoda divariasikeun pikeun ngirangan konsentrasi asam format limbah. Gambar 6b ​​sareng c nunjukkeun FE, konsentrasi asam format, sareng tegangan sél salaku fungsi fluks DI dina anoda dina 200 mA/cm2. Nalika laju aliran cai deionisasi ningkat tina 3,3 mL/mnt ka 25 mL/mnt, konsentrasi asam format dina anoda turun tina 0,27 mol/L ka 0,08 mol/L. Sabalikna, nganggo struktur sandwich anu diusulkeun ku Xia et al. 30, konsentrasi asam format 1,8 mol/L diala dina 200 mA/cm2. Ngurangan konsentrasi ningkatkeun FE sakabéh asam format sareng ngirangan FE H2 sabab pH katoda janten langkung basa kusabab turunna difusi balik asam format. Konsentrasi asam format anu dikirangan dina aliran DI maksimum ogé ampir ngaleungitkeun oksidasi asam format, anu ngahasilkeun tegangan sél total ngan di handap 1,7 V dina 200 mA/cm2. Suhu batré ogé mangaruhan kinerja sacara umum, sareng hasilna dipidangkeun dina Gambar S10. Nanging, arsitéktur berbasis PCEM tiasa ningkatkeun efisiensi énergi sacara signifikan dina ngahambat oksidasi asam format, boh ngalangkungan panggunaan katalis anodik kalayan selektivitas hidrogén anu ningkat kana asam format atanapi ngalangkungan operasi alat.
a Ngarecah tegangan sél nganggo éléktroda rujukan sél H2 anu beroperasi dina suhu 60 °C, anoda Pt/C sareng 80 µm AEM. b Konsentrasi FE sareng asam format dikumpulkeun dina 200 mA/cm2 nganggo laju aliran cai deionisasi anoda anu béda. c Nalika anoda ngumpulkeun asam format dina konsentrasi anu béda, tegangan sél nyaéta 200 mA/cm2. Batang kasalahan ngagambarkeun standar deviasi tina tilu pangukuran anu béda. d Harga jual minimum dibagi dumasar kinerja dina rupa-rupa laju aliran cai deionisasi nganggo harga listrik rata-rata industri nasional US$0,068/kWh sareng US$4,5/kg hidrogén. (*: Kaayaan oksidasi minimum asam format dina anoda dianggap 10 M FA, harga listrik industri rata-rata nasional nyaéta $0,068/kWh, sareng hidrogén nyaéta $4,5/kg. **: Kaayaan oksidasi minimum dianggap asam format. Konsentrasi FA dina anoda nyaéta 1,3 M anoda, harga listrik anu dipiharep ka hareup nyaéta $0,03/kWh, sareng garis putus-putus ngagambarkeun harga pasar 85 wt% FA.
Analisis tekno-ékonomi (TEA) dilaksanakeun pikeun kéngingkeun harga jual minimum rakitan bahan bakar dina sababaraha kaayaan operasi, sapertos anu dipidangkeun dina Gambar 5d. Métode sareng data latar pikeun TEA tiasa dipendakan dina SI. Nalika konsentrasi LC dina knalpot anoda langkung luhur, sanaos tegangan sél langkung luhur, biaya sakabéh rakitan bahan bakar dikirangan kusabab pangurangan biaya pamisahan. Upami oksidasi anodik asam format tiasa diminimalkeun ngalangkungan pamekaran katalis atanapi téknologi éléktroda, kombinasi tegangan sél anu langkung handap (1,66 V) sareng konsentrasi FA anu langkung luhur dina limbah (10 M) bakal ngirangan biaya produksi FA éléktrokimia janten 0,74 dolar AS/kg (dumasar kana listrik). harga) $0,068/kWh sareng $4,5/kg hidrogén42. Leuwih ti éta, nalika digabungkeun sareng biaya listrik terbarukan anu diproyeksikan ka hareup nyaéta $0,03/kWh sareng hidrogén $2,3/kg, target cai limbah FA dikirangan janten 1,3 juta, anu ngahasilkeun biaya produksi akhir anu diproyeksikan nyaéta US$0,66/kg43. Ieu tiasa dibandingkeun sareng harga pasar ayeuna. Ku kituna, usaha ka hareup anu difokuskeun kana bahan sareng struktur éléktroda tiasa ngirangan anodisasi bari ngamungkinkeun operasi dina tegangan sél anu langkung handap pikeun ngahasilkeun konsentrasi LC anu langkung luhur.
Singkatna, urang parantos nalungtik sababaraha struktur MEA zero-gap pikeun réduksi CO2 jadi asam format sareng ngajukeun struktur anu ngandung mémbran bipolar komposit bias maju kalebet mémbran pertukaran kation perforasi (PECM) pikeun ngagampangkeun antarmuka transfer massa mémbran pikeun asam format anu dihasilkeun. . Konfigurasi ieu ngahasilkeun >96% asam format dina konsentrasi dugi ka 0,25 M (dina laju aliran anoda DI 3,3 mL/mnt). Dina laju aliran DI anu langkung luhur (25 mL/mnt), konfigurasi ieu nyayogikeun kapadetan arus >80% FE 200 mA/cm2 dina 1,7 V nganggo daérah sél 25 cm2. Dina laju DI anodik sedeng (10 mL/mnt), konfigurasi PECM ngajaga tegangan anu stabil sareng tingkat FE asam format anu luhur salami 55 jam uji dina 200 mA/cm2. Stabilitas sareng selektivitas anu luhur anu kahontal ku katalis anu sayogi sacara komersil sareng bahan mémbran polimér tiasa langkung ditingkatkeun ku ngagabungkeunana sareng éléktrokatalis anu dioptimalkeun. Padamelan salajengna bakal museur kana nyaluyukeun kaayaan operasi, selektivitas katalis anoda, sareng struktur MEA pikeun ngirangan oksidasi asam format, ngahasilkeun limbah anu langkung pekat dina tegangan sél anu langkung handap. Pendekatan saderhana pikeun ngagunakeun karbon dioksida pikeun asam format anu dipidangkeun di dieu ngaleungitkeun kabutuhan pikeun ruang anolit sareng katolit, komponén sandwich, sareng bahan khusus, sahingga ningkatkeun efisiensi énergi sél sareng ngirangan kompleksitas sistem, ngajantenkeun langkung gampang pikeun diskalakeun. Konfigurasi anu diusulkeun nyayogikeun platform pikeun pamekaran pabrik konvérsi CO2 anu sacara téknis sareng ékonomis layak di masa depan.
Kajaba disebutkeun béda, sadaya bahan sareng pangleyur kelas kimia dianggo sakumaha anu ditampi. Katalis bismut oksida (Bi2O3, 80 nm) dipésér ti US Research Nanomaterials, Inc. Bubuk polimér (AP1-CNN8-00-X) disayogikeun ku IONOMR. N-propanol (nPA) mérek Omnisolv® sareng cai ultra murni (18,2 Ω, sistem purifikasi cai Milli–Q® Advantage A10) dipésér ti Millipore Sigma. Metanol sareng aseton anu disertifikasi ACS dipésér ti VWR Chemicals BDH® sareng Fisher Chemical. Bubuk polimér dicampur sareng campuran aseton sareng metanol dina babandingan 1:1 beurat pikeun kéngingkeun dispersi polimér kalayan konsentrasi 6,5 wt.%. Nyiapkeun tinta katalitik ku cara nyampur 20g Bi2O3, cai ultra murni, nPA sareng dispersi ionomer dina toples 30ml. Komposisina ngandung katalis 30 wt.%, babandingan massa ionomer jeung katalis 0,02, jeung babandingan massa alkohol jeung cai 2:3 (40 wt.% nPA). Sateuacan dicampur, 70g bahan panggiling zirkonia Glen Mills 5mm ditambahkeun kana campuran. Sampel disimpen dina roller botol digital Fisherbrand™ dina 80 rpm salila 26 jam. Keun tintana salila 20 menit sateuacan diterapkeun. Tinta Bi2O3 diterapkeun kana aplikator otomatis Qualtech (QPI-AFA6800) ngagunakeun isi ulang kawat laboratorium 1/2″ x 16″ (RD Specialties – diaméter 60 mil) dina suhu 22°C. 5 mL tinta katalitik diterapkeun kana pembawa difusi gas karbon Sigraacet 39 BB 7,5 x 8 inci (panyimpenan sél bahan bakar) ku cara déposisi rod dina kecepatan rata-rata tetep 55 mm/detik. Pindahkeun éléktroda anu dilapis ieu kana oven sareng garingkeun dina suhu 80°C. Prosés palapis rod sareng gambar palapis GDE dipidangkeun dina Gambar S4a sareng b. Instrumen fluoresensi sinar-X (XRF) (Fischerscope® XDV-SDD, Fischer-Technolgy Inc. USA) mastikeun yén beban GDE anu dilapis nyaéta 3,0 mg Bi2O3/cm2.
Pikeun konfigurasi mémbran komposit anu ngandung mémbran pertukaran anion (AEM) sareng CEM anu dilubangi. Nafion NC700 (Chemours, USA) kalayan ketebalan nominal 15 µm dianggo salaku lapisan CEM. Katalis anodik disemprot langsung kana FEM kalayan babandingan ionomer ka karbon 0,83 sareng area cakupan 25 cm2. Platina anu dirojong kalayan area permukaan anu ageung (50 wt.% Pt/C, TEC 10E50E, logam mulia TANAKA) kalayan beban 0,25 mg Pt/cm2 dianggo salaku katalis anoda. Nafion D2020 (Ion Power, USA) dianggo salaku ionomer pikeun lapisan anoda katalis. Perforasi CEM dilakukeun ku cara motong garis paralel dina pilem CEM dina interval 3mm. Rincian prosés perforasi dipidangkeun dina Gambar S12b sareng c. Ngagunakeun tomografi komputer sinar-X, dikonfirmasi yén celah perforasi nyaéta 32,6 μm, sakumaha anu dipidangkeun dina Gambar S12d sareng e. Salila perakitan sél, mémbran CEM perforasi anu dilapis katalis disimpen dina kertas Toray 25 cm2 (diperlakukeun PTFE 5 wt%, Fuel Cell Store, AS). Mémbran AEM (PiperION, Versogen, AS) kalayan ketebalan 25, 40 atanapi 80 μm disimpen di luhur CEM teras dina katoda GDE. Mémbran AEM dipotong janten potongan 7,5 × 7,5 cm pikeun nutupan sakumna widang aliran sareng direndem sapeuting dina larutan kalium hidroksida 1 M sateuacan dirakit. Boh anoda sareng katoda nganggo spacer PTFE anu cukup kandel pikeun ngahontal komprési GDE optimal 18%. Rincian prosés perakitan batré dipidangkeun dina Gambar S12a.
Salila uji coba, sél anu dirakit dijaga dina suhu 60 °C (30, 60, sareng 80 °C pikeun studi gumantungna suhu) kalayan 0,8 L/mnt gas hidrogén anu disayogikeun ka anoda sareng 2 L/mnt karbon dioksida anu disayogikeun ka katoda. Duanana aliran hawa anodik sareng katoda dilembabkeun dina kalembaban relatif 100% sareng tekanan katoda absolut 259 kPa. Salila operasi, aliran gas katoda dicampur sareng larutan 1 M KOH dina laju 2 mL/mnt pikeun ngamajukeun panggunaan ranjang katalis katoda sareng konduksi ionik. Campur aliran gas anoda sareng cai deionisasi dina laju 10 ml/mnt pikeun miceun asam format dina anoda. Rincian input sareng output alat dipidangkeun dina Gambar S5. Gas knalpot katoda ngandung CO2 sareng ngahasilkeun CO sareng H2. Uap cai dipiceun ngalangkungan kondensor (penukar panas suhu rendah dina 2°C). Gas sésana bakal dikumpulkeun pikeun analisis timing gas. Aliran anoda ogé bakal ngaliwat kondensor pikeun misahkeun cairan tina gas. Cai limbah bakal dikumpulkeun dina botol bersih sareng dianalisis nganggo kronometri cair pikeun ngitung asam format anu dihasilkeun. Tés éléktrokimia dilakukeun nganggo potensiostat Garmy (nomer rujukan 30K, Gamry, AS). Sateuacan ngukur kurva polarisasi, sél dikondisikeun 4 kali dina kisaran ti 0 dugi ka 250 mA/cm2 nganggo voltametri linier kalayan laju scan 2,5 mA/cm2. Kurva polarisasi diala dina modeu galvanostatik kalayan sél dicekel dina kapadetan arus anu tangtu salami 4 menit sateuacan nyandak sampel gas katoda sareng cairan anolit.
Urang nganggo éléktroda rujukan hidrogén dina MEA pikeun misahkeun poténsial katoda sareng anoda. Struktur éléktroda rujukan dipidangkeun dina Gambar S6a. Mémbran Nafion (Nafion 211, IonPower, AS) dianggo salaku sasak ionik pikeun nyambungkeun mémbran MEA sareng éléktroda rujukan. Hiji tungtung strip Nafion disambungkeun kana éléktroda difusi gas 1 cm2 (GDE) anu dieusi ku 0,25 mg Pt/cm2 (50 wt% Pt/C, TEC10E50E, TANAKA Precious Metals) anu disemprotan kana kertas karbon 29BC (Fuel Cell Store, AS). ). Hardware polieterketon khusus (PEEK) dianggo pikeun ngégél gas sareng mastikeun kontak anu saé antara strip GDE sareng Nafion, sareng pikeun nyambungkeun éléktroda rujukan kana hardware sél bahan bakar. Tungtung strip Nafion anu sanés disambungkeun kana ujung batré CEM anu nonjol. Gambar S6b nunjukkeun penampang éléktroda rujukan anu diintegrasikeun sareng MEA.
Saatos gas buangan ngaliwat kondensor sareng pamisah gas-cair, sampel gas dicandak tina katoda. Gas anu dikumpulkeun dianalisis sahenteuna tilu kali nganggo 4900 Micro GC (ayakan molekuler 10 μm, Agilent). Sampel dikumpulkeun dina kantong sampel gas foil aluminium multi-lapisan inert Supel™ (Sigma-Aldrich) salami waktos anu ditangtukeun (30 detik) sareng dilebetkeun sacara manual kana kromatograf mikrogas dina dua jam saatos dikumpulkeun. Suhu injeksi disetel dina 110°C. Karbon monoksida (CO) sareng hidrogén (H2) dipisahkeun dina kolom MS5A 10 m anu dipanaskeun (105°C) bertekanan (28 psi) nganggo argon (Matheson Gas-Matheson Purity) salaku gas pembawa. Sambungan ieu dideteksi nganggo Detektor Konduktivitas Termal (TCD) anu diwangun. Kromatogram GC sareng kurva kalibrasi CO sareng H2 dipidangkeun dina Gambar S7. Sampel asam format cair dikumpulkeun tina anoda salami waktos anu ditangtukeun (120 detik) teras disaring nganggo filter jarum suntik PTFE 0,22 μm kana botol 2 mL. Produk cair dina botol dianalisis nganggo sistem kromatografi cair kinerja tinggi bioinert (HPLC) Agilent 1260 Infinity II, dimana 20 μl sampel diinjeksikeun ngalangkungan autosampler (G5668A) kalayan fase gerak 4 mM asam sulfat (H2SO4). ) dina laju aliran 0,6 ml/mnt (pompa kuaterner G5654A). Produk dipisahkeun dina Aminex HPX-87H 300 × 7,8 mm (Bio-Rad) anu dipanaskeun (35°C, oven kolom G7116A) anu didahului ku kolom pelindung Micro-Guard Cation H. Asam format dideteksi nganggo detektor susunan dioda (DAD). dina panjang gelombang 210 nm sareng bandwidth 4 nm. Kromatogram HPL sareng kurva kalibrasi standar asam format dipidangkeun dina Gambar S7.
Produk gas (CO sareng H2) FE diitung nganggo persamaan ieu, sareng total mol gas diitung nganggo persamaan gas idéal:
Di antarana: \({n}_{i}\): jumlah éléktron dina réaksi éléktrokimia. \(F\): Konstanta Faraday. \({C}_{i}\): Konsentrasi produk cair HPLC. \(V\): volume sampel cairan anu dikumpulkeun salami waktos anu tetep t. \(j\): kapadetan arus. \(A\): Area géométri éléktroda (25 cm2). \(t\): période waktos sampling. \(P\): tekanan absolut. \({x}_{i}\): Persen mol gas ditangtukeun ku GC. \(R\): konstanta gas. \(T\): suhu.
Konsentrasi kation anodik diukur nganggo spéktroskopi émisi atom plasma gandeng induktif (ICP-OES). Kation anu tiasa léak atanapi nyebar kana anoda kalebet Ti, Pt, Bi sareng K. Iwal K, sadaya kation anu sanés aya di handap wates deteksi. Ngabentuk ion dina larutan anu ninggalkeun anoda pikeun dipasangkan sareng proton atanapi kation anu sanés. Ku alatan éta, kamurnian asam format tiasa diitung salaku
Produksi formate/FA ngagambarkeun jumlah FA anu dihasilkeun per kWh listrik anu dikonsumsi nganggo konfigurasi MEA khusus, dina mol/kWh. Ieu diitung dumasar kana kapadetan arus, tegangan sél sareng efisiensi Faraday dina kaayaan operasi khusus.
Itung jumlah asam format anu dioksidasi dina anoda dumasar kana kasaimbangan massa sakabéhna. Tilu réaksi anu silih tandingan lumangsung di katoda: évolusi hidrogén, réduksi CO2 jadi CO, sareng réduksi CO2 jadi asam format. Kusabab urang gaduh prosés oksidasi asam format dina Anton, FE asam format tiasa dibagi kana dua bagian: pangumpulan asam format sareng oksidasi asam format. Kasaimbangan massa sakabéhna tiasa ditulis sapertos kieu:
Kami nganggo GC pikeun ngitung jumlah asam format, hidrogén, sareng CO anu dikumpulkeun ku HPLC. Perlu dicatet yén kalolobaan asam format dikumpulkeun tina anoda nganggo setelan anu dipidangkeun dina Gambar Tambahan S5. Jumlah format anu dikumpulkeun tina ruang katoda teu signifikan, sakitar dua kali langkung alit, sareng jumlahna kirang ti 0,5% tina jumlah total SC.
Modél transportasi kontinyu anu dianggo di dieu dumasar kana karya sateuacanna dina sistem anu sami34. Sistem gandeng persamaan Poisson-Nerst-Planck (PNP) dianggo pikeun nangtukeun konsentrasi cai sareng poténsial éléktrostatik dina fase konduksi sacara éléktronik sareng ionik. Tinjauan lengkep ngeunaan persamaan anu mendasari sareng géométri modél dipasihkeun dina SI.
Sistem ieu nangtukeun konsentrasi dalapan zat cai (\({{{{{{\rm{C}}}}}}}{{{{{{\rm{O}}}}}}}}}_{2 \left ({{{{{{\rm{aq}}}}}}}\right)}\), \({{{{{{\rm{H}}}}}}}}^{+ }\ ), \ ({{{{{\rm{O}}}}}}{{{{{{\rm{H}}}}}}^{-}\), \({{{ {{{ \rm{ HCO}}}}}}}}_{3}^{-}\), \({{{{{\rm{CO}}}}}}}_{3}^{ 2-} \ ),\ ({{{{{\rm{HCOOH}}}}}}}\), \({{{{{{{\rm{HCOO}}}}}}}}^{- }\) sareng \({{{ {{{\rm{K}}}}}}}^{+}\)), poténsial éléktrostatik dina fase konduksi ionik (\({\phi }_{I}\ )) sareng konduktivitas éléktron anodik sareng katodik. Poténsial éléktrostatik dina fase (\({\phi }_{A}\) sareng \({\phi }_{C}\) masing-masing). Sabalikna, boh fungsi nétralitas listrik lokal atanapi distribusi muatan henteu direalisasikeun, daérah muatan rohangan direngsekeun langsung nganggo persamaan Poisson; Pendekatan ieu ngamungkinkeun urang pikeun langsung modél épék tolakan Donnan dina antarmuka CEM|AEM, CEM|Pori, sareng AEM|Pori. Salaku tambahan, téori éléktroda porous (PET) dianggo pikeun ngajelaskeun transportasi muatan dina lapisan anodik sareng katodik katalis. Numutkeun pangaweruh pangarang, karya ieu ngagambarkeun aplikasi munggaran PET dina sistem kalayan sababaraha daérah muatan rohangan.
Sampel katoda GDE BOT sareng EOT diuji nganggo Zeiss Xradia 800 Ultra kalayan sumber sinar-X 8,0 keV, modeu panyerepan sareng medan lega, sareng fusi gambar1. 901 gambar dikumpulkeun ti -90° dugi ka 90° kalayan waktos paparan 50 detik. Rekonstruksi dilakukeun nganggo filter proyéksi tukang kalayan ukuran voxel 64 nm. Analisis segmentasi sareng distribusi ukuran partikel dilakukeun nganggo kode anu ditulis khusus.
Karakterisasi mikroskopis éléktron ngalibatkeun nyematkan MEA uji dina résin époksi pikeun persiapan pamotongan ultra-ipis nganggo péso inten. Penampang unggal MEA dipotong dugi ka kandelna 50 dugi ka 75 nm. Mikroskop éléktron transmisi Talos F200X (Thermo Fisher Scientific) dianggo pikeun pangukuran mikroskop éléktron transmisi scanning (STEM) sareng spéktroskopi sinar-X dispersif énergi (EDS). Mikroskop ieu dilengkepan sistem EDS Super-X kalayan 4 detektor SDD tanpa jandela sareng beroperasi dina 200 kV.
Pola difraksi sinar-X bubuk (PXRD) diala dina difraktometer sinar-X bubuk Bruker Advance D8 kalayan radiasi Cu Kα anu disaring Ni anu beroperasi dina 40 kV sareng 40 mA. Rentang scanning nyaéta ti 10° dugi ka 60°, ukuran léngkahna nyaéta 0,005°, sareng kecepatan akuisisi data nyaéta 1 detik per léngkah.
Spéktrum RAS di sisi katalis Bi2O3 Bi L3 diukur salaku fungsi poténsial nganggo sél buatan bumi. Tinta ionomer katalitik Bi2O3 disiapkeun nganggo 26,1 mg Bi2O3 anu dicampur sareng 156,3 μL larutan ionomer (6,68%) sareng dinetralkeun ku 1 M KOH, cai (157 μL) sareng alkohol isopropil (104 μL) pikeun kéngingkeun tinta ionomer. Koéfisién katalis nyaéta 0,4. Tinta diterapkeun kana lambaran graphene dina titik-titik pasagi panjang (10 × 4 mm) dugi ka beban katalis Bi2O3 ngahontal 0,5 mg / cm2. Sésana lambaran graphene dilapis ku Kapton pikeun ngasingkeun daérah ieu tina éléktrolit. Lambaran graphene anu dilapis ku katalis diselapkeun di antara dua PTFE sareng diamankeun kana awak sél (PEEK) nganggo sekrup, Gambar S8. Hg / HgO (1 M NaOH) janten éléktroda rujukan, sareng kertas karbon janten éléktroda lawan. Éléktroda rujukan Hg/HgO dikalibrasi nganggo kawat platina anu dicelupkeun kana 0,1 M KOH jenuh hidrogén pikeun ngarobah sadaya poténsial anu diukur kana skala éléktroda hidrogén anu tiasa dibalikkeun (RHE). Spéktra XRD diala ku cara ngawaskeun poténsial éléktroda kerja lambaran Bi2O3/graphene anu dicelupkeun kana 0,1 M KOH, dipanaskeun dugi ka 30 °C. Éléktrolit ngiderkeun dina batré, kalayan asupan éléktrolit di handapeun sél sareng outlet di luhur pikeun mastikeun yén éléktrolit ngahubungi lapisan katalis nalika gelembung kabentuk. Potensiostat CH Instruments 760e dianggo pikeun ngontrol poténsial éléktroda kerja. Urutan poténsialna nyaéta poténsial sirkuit kabuka: -100, -200, -300, -400, -500, -800, -850, -900, -1000, -1100, -1500 sareng +700 mV gumantung kana RHE. Sadaya poténsial iR parantos disaluyukeun.
Spektroskopi struktur halus serapan sinar-X (XAFS) ujung Bi L3 (~13424 eV pikeun logam Bi) dilakukeun dina saluran 10-ID, Sumber Foton Lanjutan (APS), Laboratorium Fluoresensi Nasional Argonne. Laboratorium Pangukuran Modél Nasional. Monokromator Si(111) dua kristal anu didinginkan ku nitrogén cair dianggo pikeun nyetel énergi sinar-X, sareng eunteung anu dilapis rhodium dianggo pikeun ngaleuleuskeun eusi harmonik. Énergi scan divariasikeun ti 13200 dugi ka 14400 eV, sareng fluoresensi diukur nganggo susunan dioda PIN silikon 5 × 5 tanpa filter atanapi celah Soller. Énergi persilangan nol tina turunan kadua dikalibrasi dina 13271,90 eV ngaliwatan ujung L2 tina foil Pt. Kusabab ketebalan sél éléktrokimia, teu mungkin pikeun ngukur spéktrum standar rujukan sacara simultan. Ku kituna, parobahan scan-to-scan anu diitung dina énergi sinar-X anu datang nyaéta ±0,015 eV dumasar kana pangukuran anu diulang sapanjang ékspérimén. Kandelna lapisan Bi2O3 ngabalukarkeun tingkat panyerepan fluoresensi anu tangtu; éléktroda ngajaga orientasi anu tetep relatif ka sinar datang sareng detektor, ngajantenkeun sadaya scan ampir sami. Spéktrum XAFS caket-médan dianggo pikeun nangtukeun kaayaan oksidasi sareng bentuk kimia bismut ku cara ngabandingkeun sareng daérah XANES tina standar Bi sareng Bi2O3 nganggo algoritma pas kombinasi linier tina parangkat lunak Athena (versi 0.9.26). ku kode IFEFFIT 44.
Data anu ngadukung angka-angka dina tulisan ieu sareng kacindekan sanés tina panilitian ieu sayogi ti panulis anu saluyu upami aya pamundut anu wajar.
Crandall BS, Brix T., Weber RS ​​sareng Jiao F. Penilaian tekno-ékonomi ranté suplai média héjo H2. Energy Fuels 37, 1441–1450 (2023).
Younas M, Rezakazemi M, Arbab MS, Shah J sareng Rehman V. Panyimpenan sareng pangiriman hidrogén héjo: dehidrogenasi asam format nganggo katalis homogen sareng hétérogén anu aktip pisan. internasionalitas. J. Gidrog. Énergi 47, 11694–11724 (2022).
Nie, R. et al. Kamajuan anyar dina hidrogenasi transfer katalitik asam format ngaliwatan katalis logam transisi hétérogén. Katalog AKS. 11, 1071–1095 (2021).
Rahimi, A., Ulbrich, A., Kuhn, JJ, sareng Stahl, SS Depolimerisasi lignin anu dioksidasi jadi sanyawa aromatik anu diinduksi ku asam format. Nature 515, 249–252 (2014).
Schuler E. et al. Asam format ngalayanan salaku zat antara konci pikeun panggunaan CO2. héjo. Kimia. 24, 8227–8258 (2022).
Zhou, H. et al. Fraksinasi non-destruktif gancang (≤15 menit) biomassa nganggo asam format anu ngalir pikeun ningkatkeun sacara umum eusi karbohidrat sareng lignin. Kimia sareng Kimia 12, 1213–1221 (2019).
Calvi, CH et al. Ningkatkeun kamekaran Cupriavidus necator H16 dina format nganggo rékayasa informasi évolusionér laboratorium adaptif. Metabolit. insinyur. 75, 78–90 (2023).
Ishai, O. sareng Lindner, SN Gonzalez de la Cruz, J., Tenenboim, H. sareng Bar-Even, A. Bioékonomi format. ayeuna. Opini. Kimia. biologi. 35, 1–9 (2016).