Nature.com daawwachuu keessaniif galatoomaa. Vershiniin biraawzari ati fayyadamtu deeggarsa CSS daangeffame qaba. Bu'aa gaarii argachuuf, akka ati gosa haaraa biraawzari keetii fayyadamtu si gorsina (ykn Haala Walsimsiisaa Internet Explorer keessatti akka hin hojjenne). Gidduu kana deeggarsa itti fufiinsa qabu mirkaneessuuf, marsariiticha osoo styling ykn JavaScript malee agarsiisaa jirra.
Elektirookeemikaalaan kaarboon daayi’oksaayidii gara asiidii foormiik hir’isuun itti fayyadama kaarboon daayi’oksaayidii fooyyessuuf karaa abdachiisaa ta’ee fi akka meeshaa kuusaa haayidiroojiiniitti hojiirra ooluu danda’u qaba. Hojii kana keessatti, walnyaatinsa elektirookeemikaalaa kallattiin asiidii foormiik kaarboon daayi’oksaayidii irraa tiif arkiteekchariin walgahii elektiroodii meembraanii qaawwa zeeroo qophaa’eera. Guddinni teeknooloojii ijoo meembraanii jijjiirraa kaatiyoonii bocame yoo ta’u, kunis, yeroo qindaa’ina meembraanii baay’ee poolaarii fuulduratti loogu keessatti fayyadamu, asiidiin foormiik walqunnamtii meembraanii irratti uumame dirree yaa’a anoodii keessaa qindoomina hanga 0.25 M gadi aanaa ta’een akka buqqa’u kan taasisudha elektiroolayizisii, saffisaan gara guddinaa fi daldalaaf akka ce’u kan taasisudha. Seelii 25 cm2 keessatti, qindaa’inni meembraanii jijjiirraa kaatiyoonii bocame asiidii foormiik <2 V fi 300 mA/cm2 irratti gahumsa Faraday >75% kenna. Kan caalu ammoo, qorannoon tasgabbii sa’aatii 55 200 mA/cm2 irratti gahumsa Faraday fi voolteejii seelii tasgabbaa’aa agarsiiseera. Xiinxalli teekno-dinagdee mala oomisha asiidii foormiik amma jiruun walqixxummaa baasii galmaan ga’uu danda’u agarsiisuuf fayyadama.
Elektirookeemikaalaan humna ibsaa haaromfamuu danda’u fayyadamuun kaarboon daayi’oksaayidii gara asiidii foormiik hir’isuun mala aadaa boba’aa fosiilii irratti hundaa’een walbira qabamee yoo ilaalamu baasii oomishaa hanga %751 akka hir’isu agarsiifameera. Akkuma barreeffamoota2,3 irratti mul’atutti, asiidiin foormiik mala gahumsaa fi dinagdee haayidiroojiinii kuusuu fi geejjibsiisuu irraa kaasee hanga nyaata industirii keemikaalaa4,5 ykn indaastirii baayoomaasii6tti fayyadama bal’aa qaba. Asiidiin foormiik meetaabolii injinariingii fayyadamuun booda gara gidduugaleessa boba’aa jeettii itti fufiinsa qabuutti jijjiiruuf illee akka soorataatti adda baafameera7,8. Guddina dinagdee asiidii foormikii1,9 waliin hojiiwwan qorannoo hedduun filannoo kaataalayistii fooyyessuu irratti xiyyeeffataniiru10,11,12,13,14,15,16. Haa ta’u malee, tattaaffiin hedduun seelota H xixiqqoo ykn seelii yaa’a dhangala’aa kanneen dhangala’aa kaarentii gadi aanaa (<50 mA/cm2) irratti hojjetan irratti xiyyeeffachuu itti fufeera. Baasii hir’isuuf, daldalaaf oolu galmaan ga’uufi seensa gabaa itti aanu guddisuuf, hir’isuun kaarboon daayi’oksaayidii elektirookeemikaalaa (CO2R) dhangala’aa kaarentii olaanaa (≥200 mA/cm2) fi gahumsa Faraday (FE)17 irratti raawwatamuu qaba, itti fayyadama meeshaa guddisuu fi qaamolee baatirii seelii boba’aa Teeknooloojii fi elektiroolayizimii bishaanii irraa fayyadamuun meeshaaleen CO2R dinagdee iskeelii akka fayyadaman ni taasisa18. Kana malees, faayidaa oomishaa guddisuu fi adeemsa dabalataa gara gadiitti akka hin raawwatamneef, soogidda foormeetii osoo hin taane asiidiin foormiik akka oomisha dhumaa ta’ee fayyadamuu qaba19.
Kallattii kanaan meeshaalee elektiroodii tamsa’ina gaazii (GDE) CO2R foormeetii/foormiik asiidii irratti hundaa’an hojjechuuf tattaaffiin dhiheenya kana godhameera. Gamaaggamni bal’aan Fernandez-Caso et al.20n qindaa’ina seelii elektirookeemikaalaa hunda CO2 gara asiidii foormiik/foormeetiitti walitti fufiinsaan hir’isuuf gabaabsee ibsa. Walumaagalatti, qindaa’inoota jiran hundi gosoota gurguddoo sadiitti qoodamuu danda’u: 1. Kaatoliitota dhangala’oo keessa darban19,21,22,23,24,25,26,27, 2. Meembraanii tokko (meembraanii jijjiirraa kaatiyoonii (CEM)28 yookiin meembraanii jijjiirraa aniyaanii (AEM)29 fi 3. Qindaa’ina saandwiich15,30,31,32.Qaama qaxxaamuraa salphaa kan qindaa’inoota kanaa fakkii 1a irratti agarsiifamaniiru Qindaa’ina yaa’a kaatolayitiitiif, golli elektiroolayitii meembraanii fi kaatodii GDE gidduutti uumameera, laayibara kaatodii kaataalayistii keessatti chaanaalii ayoon uumuuf kan oolu yoo ta’ellee, filannoo foormeetii to’achuuf barbaachisummaan isaa Chen fi kkfn fayyadamaniiru kaatodii substrate kaarboonii furdina kaatolitii 1.27 mm qabu irratti, hanga 90% FE 35 500 mA/cm2 irratti galma ga’eera.Walnyaatinsi laayibara katolayitii furdaa fi reverse-biased bipolar membrane (BPM) kan dabarsuu ayoon daangessu voolteejii hojii 6 V fi gahumsa anniisaa 15% ni kenna. Li fi kkf, qindaa’ina CEM tokko fayyadamuun, FE 29 %93.3 kan argamsiisu, dhangala’aa kaarentii firaakshinii 51.7 mA/cm2 irratti Diyaaz-Sainz fi kkf barbaachisummaa, qindaa'inoota CEM keessatti, bifawwan akka KCOOH dirree GDE fi yaa'aa keessatti dafanii kuufamuu danda'u, kunis daangaa geejjibaa fi dhuma irratti kufaatii seelii fida.
Walmadaalchisuu qindaa’ina meeshaalee jijjiirraa CO2R gara foormeetii/foormiik asiidii sadan baay’ee beekamoo ta’anii fi ijaarsa qorannoo kana keessatti yaadame. b Walmadaalchisuu oomisha kaarentii waliigalaa fi foormeetii/foormiik asiidii qindaa’ina kaatoliitii, qindaa’ina saandwich, qindaa’ina CEM tokkicha barreeffamoota keessatti (Gabatee Dabalataa S1 irratti agarsiifame) fi hojii keenyaaf. Mallattoon banaa oomisha furmaata foormeetii kan agarsiisu yoo ta’u, mallattoon jabaan ammoo oomisha asiidii foormiik agarsiisa. *Qindeessi haayidiroojiinii fayyadamuun anoodii irratti agarsiifame. c Qindaa’ina MEA qaawwa zeeroo meembraanii baay’ee poolaarii kompozitii kan laayibarii jijjiirraa kaatiyoonii bocame kan haala loogii fuulduraatiin hojjetu fayyadamuun.
Foormeetii akka hin uumamneef Proietto fi kkf. 32 qindaa’ina pireesii filtaraa addaan hin baane kan bishaan deeionized interlayer keessa yaa’u fayyadameera. Sirnichi >70% CE galmaan gahuu kan danda’u density ammaa 50–80 mA/cm2 keessatti. Haaluma walfakkaatuun Yang fi kkf. 14 uumamuu asiidii foormiik guddisuuf CEM fi AEM gidduutti interlayer elektiroolayitii jabaa fayyadamuu yaada dhiyeessan. Yang et al.31,36 seelii 5 cm2 keessatti 200 mA/cm2 irratti FE %91.3 argachuun furmaata asiidii foormiik 6.35 wt% oomishanii jiru. Xia fi kkf. Qindaa’ina walfakkaatu fayyadamuun jijjiirraan kaarboon daayi’oksaayidii (CO2) gara asiidii foormiik FE %83 200 mA/cm2 irratti kan argame yoo ta’u, turtii sirnichaa sa’aatii 100 daqiiqaa 30f qoratameera. Bu’aan xixiqqaa abdachiisaa ta’us, baasii dabaluu fi walxaxiinsi reezinoota jijjiirraa ayoon qola (porous ion exchange configurations) gara sirnoota gurguddootti (fkn, 1000 cm2) iskeelii gochuuf rakkisaa taasisa.
Bu’aa qulqulluu dizaayinoota adda addaa mul’isuuf, sirnoota armaan dura caqafaman hundaaf oomisha foormeetii/foormiik asiidii kWh tokkoof gabatee kaa’uudhaan fakkii 1b irratti pilaantii goone. Asitti sirni kamiyyuu kaatoliitii yookiin interlayer of keessaa qabu raawwii isaa dhangala’aa kaarentii gadi aanaa irratti olka’ee akka ol ka’uu fi dhangala’aa kaarentii ol’aanaa irratti akka gadi bu’u ifaadha, bakka daangaa oomikii voolteejii seelii murteessuu danda’utti. Kana malees, qindaa’inni CEM anniisaa qusatu kWh tokkoof oomisha asiidii foormikii moolaar olaanaa ta’e kan kennu ta’us, walitti qabamuun soogidda dhangala’aa kaarentii olaanaa irratti raawwii saffisaan gadi bu’uu fiduu danda’a.
Haala kufaatii kanaan dura mari'atame salphisuuf, nuyi walgahii elektiroodii meembraanii (MEA) kan kompozitii fuulduratti loogu BPM meembraanii jijjiirraa kaatiyoonii bocame (PCEM) waliin of keessaa qabu hojjenne. Arkiteekchariin isaa fakkii 1c irratti agarsiifameera. Haayidroojiiniin (H2) gara anoodii seenuun pirootonoota maddisiisuu karaa walnyaatinsa oksideeshinii haayidiroojiinii (HOR) ta’a. Laayibariin PCEM sirna BPM keessatti kan galfame yoo ta’u, ayoononni foormeetii kaatoodii irratti uumaman AEM keessa akka darban, pirootonoota waliin walitti makamuun walqunnamtii BPM fi qola gidduu CEM irratti asiidii foormiik uumuun, sana booda karaa anoodii fi dirree yaa’aa GDE keessaa ba’u. . Qindaa'ina kana fayyadamuun, naannoo seelii 25 cm2 ta'eef <2 V fi 300 mA/cm2 irratti >75% FE asiidii foormiikii arganne. Hunda caalaa ammoo dizaayiniin kun qaamolee daldalaan argamanii fi arkiteekcharii haardwaarii warshaalee boba’aa seelii fi elektiroolayizisii bishaanii fayyadamuun yeroo saffisaa guddinaaf kan hayyamudha. Qindaa’inoota kaatoliitii golee yaa’a kaatoliitii kan of keessaa qaban yoo ta’u kunis marsaa gaazii fi dhangala’aa gidduutti madaallii dhiibbaa uumuu danda’a, keessumaa qindaa’inoota seelii gurguddoo keessatti. Caasaa saandwich laayiyeroota qola dhangala’aa dhangala’aa qabaniif, kufaatii dhiibbaa fi kuufama kaarboon daayi’oksaayidii laayibara gidduugaleessaa keessatti hir’isuuf laayibara gidduu qola qabu akka gaariitti fayyadamuuf tattaaffiin guddaan barbaachisaadha. Isaan kun lamaan qunnamtii seelotaa jeequu danda’u. Akkasumas, laayiyeroota qola haphii of danda’ee dhaabbatan baay’inaan oomishuuf rakkisaadha. Faallaa kanaatiin, qindeessaan haaraan yaadame qindeessaa MEA qaawwa zeeroo kan golee yaa’aa ykn laayibara gidduugaleessaa hin qabneedha. Seelii elektirookeemikaalaa kanneen biroo wajjin wal bira qabamee yoo ilaalamu, qindaa’inni yaadame kun qindaa’ina guddaa, anniisaa qusachuu danda’u, qaawwa zeeroo qabu keessatti kallattiin walnyaatinsa asiidii foormiik kan hayyamu ta’uu isaatiin adda.
Jijjiirama haayidiroojiinii ukkaamsuuf, tattaaffiin CO2 hir’isuu guddaan qindaa’ina meembraanii MEA fi AEM elektiroolayitii qindoomina moolaarii olaanaa (fkn, 1-10 M KOH) waliin ta’uun haala alkaalaayinii kaatodii irratti uumuuf fayyadameera (akkuma fakkii 2a irratti mul’atu). Qindaa’inoota kana keessatti ayoononni foormeetii kaatoodii irratti uumaman akka gosa chaarjii negaatiiviitti meembraanii keessa darbu, sana booda KCOOH uumamee sirna keessaa karaa yaa’a KOH anoodiitiin ba’a. Foormeetii FE fi voolteejiin seelii jalqaba irratti akka fakkii 2b irratti mul’atutti mijataa ta’us, qorannoon tasgabbii sa’aatii 10 qofa keessatti FE tilmaamaan %30 hir’isuu fideera (Fakkii S1a–c). Sirna walnyaatinsa jijjiirama oksijiinii alkaalaayinii (OER) keessatti anoodii garmalee voolteejii xiqqeessuu fi siree kaataalayistii kaatodii keessatti dhaqqabummaa ayoon galmaan ga’uuf fayyadamni anoolaayitii 1 M KOH murteessaa ta’uun isaa hubatamuu qaba33. Yeroo qindoominni anoolaayitii gara 0.1 M KOHtti hir’atu, voolteejiin seelii fi oksideeshiniin asiidii foormiik (kasaaraa asiidii foormiik) lamaan isaanii ni dabalu (Fakkii S1d), kunis daldala walitti qabama zeeroo agarsiisa. Sadarkaan oksideeshinii foormeetii madaallii ulfaatinaa waliigalaa fayyadamuun madaalameera; bal’ina isaaf kutaa “Maloota” jedhu ilaali. Raawwiin qindaa’ina meembraanii MEA fi CEM tokkicha fayyadamuun qoratameera, bu’aan isaas fakkii S1f,g irratti mul’ateera. FE foormeetii kaatoodii irraa walitti qabame jalqaba qorannoo irratti 200 mA/cm2 irratti >60% yoo ta’u, sababa kuufama soogidda kaatodii kanaan dura ibsame irraa kan ka’e sa’aatii lama keessatti saffisaan ni manca’e (Fakkii S11).
Iskiimaatikii MEA qaawwa zeeroo kan CO2R kaatoodii irratti, walnyaatinsa oksideeshinii haayidiroojiinii (HOR) ykn OER anoodii irratti, fi meembraanii AEM tokko gidduutti. b FE fi voolteejii seelii qindeessaa kanaaf 1 M KOH fi OER anoodii irratti yaa’u waliin. Barroonni dogongoraa istaandaardii jijjiirama safartuuwwan adda addaa sadii bakka bu’u. FE fi voolteejii seelii sirnaa keessatti H2 fi HOR anoodii irratti. Halluuwwan adda addaa oomisha foormeetii fi asiidii foormiik adda baasuuf fayyadamu. d Diyaagirama iskiimaatikii MEA kan BPM gidduutti gara fuulduraatti jijjiirame. FE fi voolteejii baatirii yeroo 200 mA/cm2 irratti qindeessaa kana fayyadamuun wal bira qabamee yoo ilaalamu. f Fakkii qaxxaamuraa BPM MEA gara fuulduraatti loogii qabu qorannoo gabaabaa booda.
Asiidii foormiik oomishuuf haayidiroojiiniin kaataalayistii Pt-on-carbon (Pt/C) anoodii irratti argama. Akkuma fakkii 2d irratti mul’atutti, oomisha asiidii foormiik galmaan ga’uuf kanaan dura BPM pirootonoota anoodii irratti maddisiisu gara fuulduraatti loogii ta’e qoratameera. Yuunitiin BPM tuning daqiiqaa 40 booda kaarentii 200 mA/cm2 irratti hojjetee booda, dambalii voolteejii 5 V ol ta’een waliin kufe (Fak. 2e). Erga qoratamee booda, interfeesii CEM/AEM irratti delamination ifa ta’e mul’ateera. Foormeetii malees, aniyoononni akka kaarbooneetii, baay’ee kaarbooneetii fi haayidirooksaayidiis meembraanii AEM keessa darbanii pirootonoota waliin walnyaachuun gaasii CO2 fi bishaan dhangala’aa uumuu danda’u, kunis gara BPM delamination (Fak. 2f) fi , dhumarratti kufaatii seelii fida.
Mala raawwii fi kufaatii qindeessaa armaan olii irratti hundaa’uun akka fakkii 1c irratti mul’atee fi fakkii 3a38 irratti bal’inaan ibsametti arkiteekchariin MEA haaraan yaadameera. Asitti, laayibariin PCEM godaansa asiidii foormikii fi aniyaanota walqunnamtii CEM/AEM irraa karaa ni kenna, kanaanis kuufama wantichaa hir’isa. Kanuma waliin karaan gidduugaleessaa PCEM asiidii foormiik gara meediyaa babal’inaafi dirree yaa’aatti qajeelcha, kunis carraa oksideeshinii asiidii foormiik hir’isa. Bu’aan poolaarizeeshinii AEM furdina 80, 40 fi 25 mm fayyadamuun argame fakkii 3b irratti agarsiifameera. Akkuma eegametti ta’ee, furdina AEM dabaluu wajjin voolteejiin seelii waliigalaa dabaluus, AEM furdaa ta’e fayyadamuun babal’ina asiidii foormiik duubatti dhorka, kanaanis pH kaatodii dabaluu fi oomisha H2 hir’isa (Fak. 3c–e).
a Fakkeenya caasaa MEA AEM fi CEM bocamee fi karaa geejjibaa asiidii foormikii adda addaa waliin. b Voltaajii seelii dhangala’aa kaarentii adda addaa fi furdina AEM adda addaa irratti. EE keessatti dhangala’aa kaarentii adda addaa irratti furdina AEM 80 μm (d) 40 μm, e) 25 μm. Barroonni dogoggoraa istaandaardii jijjiirama saamuda adda addaa sadii irraa safarame bakka bu’u. f Bu’aa simulashinii qindoomina asiidii foormikii fi gatii pH walqunnamtii CEM/AEM irratti furdina AEM adda addaa irratti. f PC fi pH laayibara kaatodii kaataalayistii furdina fiilmii AEM adda addaa qabu keessatti. g Raabsa diimeshinii lamaa qindoomina asiidii foormikii walqunnamtii CEM/AEM fi boca waliin.
Fakkiin S2 raabsa qindoomina asiidii foormikii fi pH furdina MEA irratti moodeela elementii xumuraa Poisson-Nernst-Planck fayyadamuun agarsiisa. Asiidiin foormiik walqunnamtii kana irratti waan uumamuuf, walqunnamtii CEM/AEM irratti qindoominni asiidii foormikii ol’aanaa 0.23 mol/L mul’achuun isaa nama hin ajaa’ibu. Xiyyeeffannaan asiidii foormiik karaa AEM akkuma furdinni AEM dabalaa deemuun saffisaan hir’ata, kunis sababa babal’ina duubaatiin dabarsuu heddumminaa fi dhangala’aa asiidii foormikii xiqqaa ta’uu agarsiisa. Fakkiiwwan 3 f fi g gatiiwwan pH fi asiidii foormikii siree kaataalayistii kaatodii keessatti sababa tamsa’ina duubaa fi raabsa diimeshinii lamaa qindoomina asiidii foormikii agarsiisu. Meembraaniin AEM hamma qalla’u, qindoominni asiidii foormikii naannoo kaatodii ol’aanaa ta’ee, pH kaatoodii asiidii ta’a. Kanaafuu, meembraanonni AEM furdaan kasaaraa oomii olaanaa kan fidan ta’us, babal’ina asiidii foormiik gara kaatoodiitti duubatti akka hin babal’anne ittisuu fi qulqullina olaanaa sirna asiidii foormikii FE guddisuuf murteessaadha. Dhumarratti, furdina AEM gara 80 μm guddisuun asiidii foormiik <2 V irratti FE >75% fi naannoo seelii 25 cm2 300 mA/cm2 argamsiiseera.
Tasgabbii arkiteekcharii PECM irratti hundaa’e kanaa qorachuuf, kaarentiin baatirii sa’aatii 55f 200 mA/cm2 irratti eegameera. Bu’aan waliigalaa fakkii 4 irratti kan agarsiifame yoo ta’u, bu’aan sa’aatii 3 jalqabaa fakkii S3 irratti calaqqiseera. Yeroo Pt/C anodic catalyst fayyadamnu, voolteejiin seelii daqiiqaa 30 jalqabaa keessatti baay’ee dabaleera (Fakkii S3a). Yeroo dheeraa keessatti voolteejiin seelii dhaabbataa jechuun ni danda’ama, kunis saffisa diigamuu 0.6 mV/h argamsiisa (Fak. 4a). Jalqaba qorannoo kanaa irratti PV asiidii foormiik anoodii irratti walitti qabame %76.5 fi PV haayidiroojiinii kaatoodii irratti walitti qabame %19.2 ture. Sa’aatii jalqabaa qorannoo booda FE haayidiroojiinii gara %13.8tti gadi bu’uun filannoo foormeetii fooyya’uu agarsiisa. Haa ta’u malee, saffisi oksideeshinii asiidii foormiik sirnicha keessatti sa’aatii 1 keessatti gara %62.7tti kan gadi bu’e yoo ta’u, saffisi oksideeshinii asiidii foormiik anoodii jalqaba qorannoo irratti zeeroo jechuun ni danda’ama ture gara %17.0tti ol guddateera. Itti aansuudhaan, FE H2, CO, asiidii foormikii fi saffisi oksaayidii anoodii asiidii foormiik yeroo yaalii tasgabbaa’ee ture. Sa’aatii jalqabaa keessatti oksideeshiniin asiidii foormiik dabaluu isaa sababa kuufama asiidii foormiik walqunnamtii PCEM/AEM irratti ta’uu danda’a. Akkuma qindoominni asiidii foormiik dabalaa deemuun karaa boca meembraanii qofa osoo hin taane, karaa FEM ofii isaatii babal’atee laayibara anoodii Pt/C seena. Asiidiin foormiik 60°C irratti dhangala’aa waan ta’eef, kuufamni isaa rakkoo dabarsoo heddumminaa fiduu fi bu’aan isaas haayidiroojiinii caalaa oksideeshinii filannoo ta’e fiduu danda’a.
a Voltaajii Seelii yeroo wajjin wal bira qabamee yoo ilaalamu (200 mA/cm2, 60 °C). Inseetiin fakkii maaykirooskooppii optikaalaa kutaa qaxxaamuraa MEA EM bocame agarsiisa. Barruu iskeelii: 300 μm. b Qulqullina PE fi asiidii foormiik akka dalagaa yerootti 200 mA/cm2 irratti anoodii Pt/C fayyadamuun.
Morfooloojiin saamuda jalqaba qorannoo (BOT) yeroo qophii fi dhuma qorannoo (EOT) 55 h qorannoo tasgabbii booda nano-X-ray computed tomography (nano-CT) fayyadamuun amala isaa, akkuma fakkii 5 a irratti mul’atutti. Saamuda EOT guddina paartiikilii kaataalayistii guddaa kan qabu yoo ta’u, daayameetira 1207 nm kan qabu yoo ta’u, BOTf 930 nm dha. Fakkiiwwan maaykirooskoopii elektiroonii dabarsuu dirree dukkanaa skaaniin kofa ol’aanaa (HAADF-STEM) fi bu’aan ispeektaroskoopii raayyaa eksiree anniisaa facaasu (EDS) fakkii 5b irratti agarsiifameera. Laayibariin kaataalayistii BOT irra caalaan paartiikilii kaataalayistii xixiqqoo akkasumas agglomeraatota gurguddoo tokko tokko kan of keessaa qabu yoo ta’u, sadarkaa EOT keessatti laayibariin kaataalayistii naannoo adda addaa lamatti qoodamuu danda’a: tokko paartiikilii jajjaboo baay’ee guddaa ta’ee fi inni kaan naannoo qola baay’ee qabu. Baay’ina xixiqqoo xixiqqoo. Fakkiin EDS kan agarsiisu, paartiikiliin jajjaboo gurguddoon Bi, tarii sibiilaa Bi, fi naannoowwan qola qaban oksijiiniin kan badhaadhan ta’uu isaaniiti. Seelii 200 mA/cm2 irratti yeroo hojjetamu, pooteenshaalli negaatiivii kaatoodii Bi2O3 hir’isuu ni fida, kunis bu’aa ispeektaroskoopii xuuxuu raajii X in situ armaan gaditti ibsame irraa ragaadha. Bu’aan kaartaa HAADF-STEM fi EDS akka agarsiisutti Bi2O3 adeemsa hir’isuu keessa darba, kunis oksijiinii akka dhabanii fi gara sibiilota gurguddootti akka walitti qabaman taasisa. Akkaataan difraakshinii raajii eksiree kaatoodii BOT fi EOT hiika daataa EDS mirkaneessa (Fak. 5c): kaatodii BOT keessatti Bi2O3 kiristaala qofatu argame, kaatodii EOT keessatti ammoo baayimeetaalii kiristaalaan argame. Dhiibbaa pooteenshaalli kaatoodii haala oksideeshinii kaataalayistii kaatoodii Bi2O3 irratti qabu hubachuuf, teempireecharri pooteenshaala sarkiyuutii banaa (+0.3 V vs RHE) irraa gara -1.5 V (vs RHE) tti garaagarummaa qaba. Marsaan Bi2O3 RHE wajjin walqabatee -0.85 V irratti hir’achuu akka jalqabu kan ilaalame yoo ta’u, ciminni sarara adii naannoo qarqara ispeektirii keessatti hir’achuun isaa Bi sibiilaa -1.1 irratti gara RHE %90tti akka hir’atu agarsiisa. V RHE irratti (Fak. 5d). Akkaataan isaa maal iyyuu yoo ta’e, filannoo waliigalaa foormeetii kaatoodii irratti bu’uuraan hin jijjiiramne, akkuma H2 fi CO FE fi uumamuu asiidii foormikii irraa hubatamutti, jijjiiramni guddaan morfoloojii kaatodii, haala oksideeshinii kaataalayistii fi caasaa maaykirookiriistaalaayinii irratti mul’atus.
a Caasaa diimeshinii sadii kan laayibara kaataalayistii fi raabsa paartiikilii kaataalayistii naannoo-X-ray CT fayyadamuun argaman. Barruu iskeelii: 10 μm. b Gubbaa 2: Fakkiiwwan HAADF-STEM laayiyeroota kaatodii kaataalayistota BOT fi EOT. Barruu iskeelii: 1 μm. Jalqaba 2: Fakkiiwwan HADF-STEM fi EDX guddatan kan laayibara kaatodii kaataalayistii EOT. Barruu iskeelii: 100 nm. c Akkaataa difraakshinii raajii eksiree saamuda kaatodii BOT fi EOT. d Ispeektaroota xuuxuu raajii X bakka jirutti elektiroodii Bi2O3 0.1 M KOH keessatti akka dalagaa pooteenshaalaatti (0.8 V hanga -1.5 V vs. RHE).
Oksaayidii asiidii foormiik dhorkuudhaan gahumsa anniisaa fooyyessuuf carraan maal akka jiru sirriitti murteessuuf, gumaacha kasaaraa voolteejii adda baasuuf elektiroodii wabii H2 fayyadameera39. Dandeettii kaarentii 500 mA/cm2 gadi ta’e irratti, pooteenshaalli kaatodii -1.25 V gadi ta’ee hafa.Pooteenshaalli anoodii kutaalee gurguddoo lamatti qoodama: dhangala’aa kaarentii jijjiirraa HOR fi ti’oorii garmalee voolteejii HOR 40 kan walqixxaattoo Bulter-Volmer kanaan dura safarameen tilmaamame, kutaan hafe ammoo sababa oksaayidii asiidii foormiik irraa kan ka’e dha. Sababa sochii walnyaatinsaa baay’ee suuta jedhu HOR41 wajjin wal bira qabamee yoo ilaalamu, saffisa xiqqaan walnyaatinsa oksideeshinii asiidii foormiik anoodii irratti argamu pooteenshaala anoodii baay’ee dabaluu danda’a. Bu’aan qorannoo kanaa akka agarsiisutti, oksideeshinii anoodii asiidii foormiik guutummaatti dhorkuun gara 500 mV garmalee voolteejii dhabamsiisuu danda’a.
Tilmaama kana qorachuuf, saffisi yaa’a bishaan ayoonisaayizeeshinii (DI) seensa anoodii irratti garaagarummaa asiidii foormiik dhangala’aa hir’isuuf ture. Fakkiiwwan 6b fi c FE, qindoomina asiidii foormikii, fi voolteejii seelii akka dalagaa dhangala’aa DI anoodii irratti 200 mA/cm2 irratti agarsiisu. Saffisi yaa’a bishaanii deeayoonize ta’e 3.3 mL/min irraa gara 25 mL/min tti dabaluu isaatiin, qindoominni asiidii foormiik anoodii irratti 0.27 mol/L irraa gara 0.08 mol/Ltti hir’ate. Walbira qabamee yoo ilaalamu caasaa saandwich Xia fi kkfn yaada dhiyeessan fayyadamuun. 30 200 mA/cm2 irratti qindoominni asiidii foormiik 1.8 mol/L argameera. Xiyyeeffannoo hir’isuun FE waliigalaa asiidii foormikii fooyyessuu fi sababa tamsa’ina duubaa asiidii foormikii hir’achuutiin pH kaatodii caalaatti alkaalaayinii waan ta’uuf FE H2 hir’isa. Xiyyeeffannaan asiidii foormikii dhangala’aa DI ol’aanaa irratti hir’achuun isaas oksaayidii asiidii foormikii jechuun ni danda’ama, kunis voolteejii seelii waliigalaa 200 mA/cm2 irratti 1.7 V gadi xiqqoo ta’e argamsiiseera. Ho’i baatiriis raawwii waliigalaa irratti dhiibbaa kan qabu yoo ta’u, bu’aan isaas fakkii S10 irratti mul’ateera. Haa ta’u malee, arkiteekchariin PCEM irratti hundaa’e gahumsa anniisaa oksideeshinii asiidii foormikii dhorkuu keessatti haalaan fooyyessuu danda’a, karaa fayyadama kaataalayistota anoodii filannoo haayidiroojiinii fooyya’aa qaban gara asiidii foormikii yookiin hojii meeshaatiin ta’e.
a Elektiroodii wabii seelii H2 60 °C, anoodii Pt/C fi 80 μm AEM irratti hojjetu fayyadamuun cabbii voolteejii seelii. b FE fi foormiik asiidii qindoomina 200 mA/cm2 irratti walitti qabame saffisa yaa’a adda addaa bishaan anoodii ayooniizeeshinii fayyadamuun. c Anoodiin asiidii foormiik qindoomina adda addaatiin yeroo walitti qabu voolteejiin seelii 200 mA/cm2 ta’a. Barroonni dogongoraa istaandaardii jijjiirama safartuuwwan adda addaa sadii bakka bu’u. d Gatiin gurgurtaa xiqqaan raawwii saffisa dhangala’aa bishaanii adda addaatiin kan caccabe yoo ta’u, gatii humna ibsaa giddugaleessa industirii biyyoolessaa Doolaara Ameerikaa 0.068/kWh fi Doolaara Ameerikaa 4.5/kg haayidiroojiinii fayyadamuun. (*: Haalli oksideeshinii xiqqaan asiidii foormiik anoodii irratti 10 M FA akka ta’etti fudhatama, gatiin humna elektirikii industirii giddu galeessaan biyyaalessaa $0.068/kWh, fi haayidiroojiinii $4.5/kg ta’a. **: Haalli oksideeshinii xiqqaan asiidii foormiik jedhamee fudhatama. Xiyyeeffannaan FA anoodii irratti 1.3 M anoodii yoo ta’u, gatiin humna elektirikii gara fuula duraatti eegamu $0.03/kWh, fi sararri tuqaa qabu gatii gabaa 85 wt% FA bakka bu’a.
Haala hojii adda addaa jalatti gatii gurgurtaa xiqqaa walgahii boba’aa argachuuf xiinxalli teekno-dinagdee (TEA) gaggeeffameera, akkuma fakkii 5d irratti mul’atutti. Malli fi daataa duubbee TEA SI keessatti argamuu danda’a. Yeroo qindoominni LC anoodii keessaa olka’u, voolteejiin seelii ol’aanaa ta’us, baasii addaan ba’uu hir’achuu isaatiin baasii waliigalaa yaa’ii boba’aa ni hir’ata. Yoo oksideeshiniin anoodii asiidii foormiik karaa misooma kaataalayistii ykn teeknooloojii elektiroodii xiqqeessuu danda’ame, walnyaatinsi voolteejii seelii gadi aanaa (1.66 V) fi qindoomina FA ol’aanaa bishaan ba’u keessatti (10 M) baasii oomisha elektirookeemikaalaa FA gara doolaara Ameerikaa 0.74/kg (elektirikii irratti hundaa’etti) hir’isa. gatii) $0.068/kWh fi $4.5/kg haayidiroojiinii42. Kana malees, baasii humna ibsaa haaromfamuu danda’u gara fuula duraatti tilmaamame doolaara 0.03/kWh fi haayidiroojiinii doolaara 2.3/kg waliin yoo walitti makamu, galmi bishaan xuraa’aa FA gara miiliyoona 1.3tti gadi bu’a, kunis baasii oomishaa dhumaa tilmaamame Doolaara Ameerikaa 0.66/kg43 ta’a. Kunis gatii gabaa amma jiruun wal madaala. Haala kanaan, tattaaffiin gara fuula duraa meeshaalee fi caasaa elektiroodii irratti xiyyeeffate, hojiin voolteejii seelii gadi aanaa irratti hojjechuun qindoomina LC ol’aanaa akka oomishuuf kan hayyamu yoo ta’u, anoodaayizeeshinii daran hir’isuu danda’a.
Walumaagalatti, nuyi caasaa MEA qaawwa zeeroo hedduu CO2 hir'isuu gara asiidii foormikii qorannee caasaa walnyaatinsa fuulduratti-loogii bipolar meembraanii jijjiirraa kaatiyoonii bocame (PECM) dabalatee yaada dhiheessinee jirra, walqunnamtii dabarsoo heddumminaa meembraanii asiidii foormiik bu'aa argamsiisu mijeessuuf. . Qindaa’inni kun >96% asiidii foormiik qindoomina hanga 0.25 M (saffisa yaa’a anoodii DI 3.3 mL/min) maddisiisa. Saffisa yaa’a DI ol’aanaa (25 mL/min) irratti, qindeessaan kun naannoo seelii 25 cm2 fayyadamuun 1.7 V irratti dhangala’aa ammee >80% FE 200 mA/cm2 1.7 V irratti kenneera. Saffisa DI anoodii giddu galeessaa (10 mL/min) irratti, qindaa’inni PECM voolteejii tasgabbaa’aa fi sadarkaa FE asiidii foormikii olaanaa 55 h qorannoo 200 mA/cm2 irratti eegeera. Tasgabbii fi filannoo olaanaan kaataalayistota daldalaan argamanii fi meeshaalee meembraanii poliimeriitiin argamu elektirookaataalayistoota fooyya’oo ta’an waliin walitti makuun daran guddisuun ni danda’ama. Hojiin itti aanu haala hojii, filannoo kaataalayistii anoodii, fi caasaa MEA sirreessuu irratti kan xiyyeeffatu yoo ta’u, kunis oksaayidii asiidii foormikii hir’isuun, bu’aan isaas dhangala’aa baay’ee walitti qabame voolteejii seelii gadi aanaa irratti ta’a. Malli salphaan kaarboon daayi’oksaayidii asiidii foormiik fayyadamuuf asitti dhiyaate barbaachisummaa golee anoolaayitii fi kaatoliitii, qaamolee saandwich, fi meeshaalee addaa dhabamsiisa, kanaanis gahumsa anniisaa seelii dabaluu fi walxaxiinsa sirnaa hir’isuun, guddisuun salphaa ta’a. Qindaa’inni yaadame kun gara fuula duraatti misooma warshaalee jijjiirraa CO2 teeknikaa fi dinagdeen danda’amaniif waltajjii ni kenna.
Yoo haala biraatiin ibsame malee meeshaaleen sadarkaa keemikaalaa fi furdaawwan hundi akka fudhatamanitti fayyadamaniiru. Kaataalayistiin oksaayidii bismuth (Bi2O3, 80 nm) US Research Nanomaterials, Inc. irraa kan bitame yoo ta’u, budaan poliimarii (AP1-CNN8-00-X) kan kenname IONOMR dha. Omnisolv® brand N-propanol (nPA) fi bishaan ultrapure (18.2 Ω, Milli–Q® Advantage A10 sirna qulqulleessuu bishaanii) Millipore Sigma irraa bitameera. Meetaanoolii fi aseetooniin ACS mirkanaa’e VWR Chemicals BDH® fi Fisher Chemical irraa akkaataa wal duraa duubaan bitama. Budaan poliimarii makaa aseetoonii fi meetaanoolii waliin reeshiyoo ulfaatina 1:1n makamee faca’iinsa poliimarii qindoomina 6.5 wt.% ta’e argate. Inkii katalaayitii Bi2O3 20g, bishaan ultrapure, nPA fi faca’iinsa ayoonomeerii 30ml keessatti walitti makuun qopheessuu. Qabiyyeen kun kaataalayistii 30 wt.%, reeshiyoon ulfaatinaa ayoonomeerii fi kaataalayistii 0.02 fi reeshiyoon ulfaatina alkoolii fi bishaanii 2:3 (40 wt.% nPA) of keessaa qaba ture. Osoo hin makamiin dura meeshaan girkooniyaa 5mm Glen Mills 70g kan itti dabalame makaa sanatti dabalameera. Saamudaaleen FisherbrandTM digital bottle roller irratti 80 rpm irratti sa’aatii 26f kaa’amaniiru. Inkii sana dibachuu dura daqiiqaa 20f akka taa'u taasisi. Inkiin Bi2O3 1/2′′ x 16′′ laboratory wirewound refill (RD Specialties – 60 mil diameter) fayyadamuun Qualtech automatic applicator (QPI-AFA6800) irratti 22°C irratti dibame. Inkii katalaayitii 5 mL kan ta’e Sigraacet 39 BB inchii 7.5 x 8 inchii Sigraacet 39 BB kaarboonii tamsa’ina baattuu (kuusaa boba’aa seelii) irratti saffisa giddugaleessaa murtaa’e 55 mm/sec ta’een ulee kuufamuun dibame. Elektiroodii dibame kana gara foonniitti dabarsuudhaan 80 °C irratti gogsi. Adeemsi uffannaa ulee fi fakkiiwwan uffannaa GDE fakkii S4a fi b irratti agarsiifamaniiru. Meeshaan X-ray fluorescence (XRF) (Fischerscope® XDV-SDD, Fischer-Technolgy Inc. USA) fe’iinsi GDE dibame 3.0 mg Bi2O3/cm2 ta’uu mirkaneesse.
Qindaa’inoota meembraanii kompozitii meembraanii jijjiirraa aniyaanii (AEM) fi CEM bocame of keessaa qabuuf. Nafion NC700 (Chemours, USA) furdina maqaa 15 μm qabu akka laayibara CEM fayyadameera. Kaataalayistiin anoodii kallattiin FEM irratti reeshiyoo ayoonomeerii fi kaarboonii 0.83 fi bal’inni uwwisaa 25 cm2 ta’een biifame. Pilaatiinimiin deeggaramee bal’ina lafaa guddaa (50 wt.% Pt/C, TEC 10E50E, TANAKA gatii guddaa qabu) kan fe’iinsa 0.25 mg Pt/cm2 qabu akka kaataalayistii anoodii fayyadameera. Nafion D2020 (Ion Power, USA) akka ayoonomeerii laayibara anoodii kaataalayistii fayyadameera. CEM perforation kan raawwatamu sarara walfakkaatu fiilmii CEM irratti 3mm gidduutti muruudhaani. Bal’inni adeemsa boca baasuu fakkii S12b fi c irratti agarsiifameera. X-ray computed tomography fayyadamuun qaawwi boca 32.6 μm akka ta’e mirkanaa’eera, akkuma fakkii S12d fi e irratti mul’atutti. Yeroo walgahii seelii, meembraaniin CEM bocame kaataalayistiin dibame waraqaa Toray 25 cm2 (5 wt% PTFE wal’aanamaa, Kuusaa Seelii Boba’aa, USA) irratti kaa’ame. Meembraaniin AEM (PiperION, Versogen, USA) furdina 25, 40 ykn 80 μm qabu CEM gubbaa fi sana booda kaatoodii GDE irratti kaa’ameera. Meembraaniin AEM dirree yaa’aa guutuu uwwisuuf 7.5 × 7.5 cm ta’etti muramee walgahii dura halkan tokkoof furmaata pootaasiyeem haayidirooksaayidii 1 M keessatti jiidhee ture. Anoodii fi kaatoodiin lamaan isaanii iyyuu PTFE spacers kan furdaa gahaa ta’ee fi dhiibbaa GDE optimal 18% galmaan ga’uuf fayyadamu. Bal’inni adeemsa walgahii baatirii fakkii S12a irratti agarsiifameera.
Yeroo qorannootti seelii walitti qabame 60 °C (qorannoo hirkattummaa ho’aaf 30, 60, fi 80 °C) irratti gaazii haayidiroojiinii 0.8 L/min anoodiif dhihaatee fi kaarboon daayi’oksaayidii 2 L/min kaatoodiif dhiyaateen eegameera. Dhangala’oonni qilleensaa anoodii fi kaatodii lamaan isaanii jiidhina %100 fi dhiibbaa kaatodii absoluutii 259 kPa irratti jiidhaniiru. Yeroo hojiitti, dhangala’aan gaazii kaatodii furmaata 1 M KOH waliin saffisa 2 mL/min walitti makuun itti fayyadama siree kaataalayistii kaatodii fi dabarsuu ayoonii guddisuuf ture. Yaa’a gaazii anoodii bishaan ayooni irraa bilisa ta’e waliin saffisa 10 ml/min walitti makuun asiidii foormiik anoodii irratti argamu balleessuu. Bal’inni galtee fi baasaa meeshaa fakkii S5 irratti agarsiifameera. Gaasiin kaatodii bahu CO2 kan of keessaa qabu yoo ta’u CO fi H2 maddisiisa. Danfi bishaanii karaa kondeensara (jijjiirraa ho’a gadi aanaa 2°C irratti) ni baafama. Gaasiin hafe xiinxala yeroo gaaziitiif kan walitti qabamu ta’a. Dhangala’aan anoodiis dhangala’aa gaazii irraa adda baasuuf kondeensara keessa ni darba. Bishaan xuraa’aan kun qaruuraa qulqulluu keessatti walitti qabamee asiidii foormiik oomishame safaruuf kirnoomeetirii dhangala’aa fayyadamuun ni xiinxalama. Qorannoon elektirookeemikaalaa Garmy potentiostat (lakkoofsa wabii 30K, Gamry, USA) fayyadamuun raawwatameera. Kaarvii poolaarizeeshinii safaruu dura, seelii yeroo 4 haala 0 hanga 250 mA/cm2 keessatti sarara vooltaameetrii fayyadamuun saffisa iskaan 2.5 mA/cm2 ta’een haala mijeesse. Kaarvoonni poolaarizeeshinii haala galvanostatic keessatti seelii daqiiqaa 4f density kaarentii murtaa’e irratti qabamee gaasii kaatodii fi dhangala’aa anoolaayitii saamuda fudhachuu dura argameera.
MEA keessatti elektiroodii wabii haayidiroojiinii fayyadamnee pooteenshaalota kaatodii fi anoodii adda baasuu dandeenya. Caasaan elektiroodii wabii fakkii S6a irratti agarsiifameera. Meembraaniin Naafiyoon (Nafion 211, IonPower, USA) akka riqicha ayooniitti meembraanii MEA fi elektiroodii wabii walitti hidhuuf fayyadameera. Fiixeen tokko Nafion strip elektiroodii tamsa’ina gaazii (GDE) 1 cm2 kan 0.25 mg Pt/cm2 (50 wt% Pt/C, TEC10E50E, TANAKA Precious Metals) kan waraqaa kaarboonii 29BC (Fuel Cell Store, USA) irratti dhangala’e waliin walqabatee ture. ). Hardware addaa polyetheretherketone (PEEK) gaazii cufuu fi tuttuqaa gaarii GDE fi Nafion strips gidduutti mirkaneessuuf, akkasumas elektiroodii wabii haardwaara boba’aa seelii waliin walqabsiisuuf fayyadama. Fiixeen biraa Nafion strip qarqara baatirii CEM ba'ee jiruun walqabsiifama. Fakkiin S6b kutaa qaxxaamuraa elektiroodii wabii MEA waliin walitti makame agarsiisa.
Gaasiin bahu kondeensara fi addaan baastuu gaazii-dhangala’aa keessa erga darbee booda saamuda gaazii kaatoodii irraa fudhatama. Gaasiin walitti qabame yoo xiqqaate yeroo sadii 4900 Micro GC (10 μm molecular sieve, Agilent) fayyadamuun xiinxalameera. Saamuda boorsaa saamuda gaazii foolii aluminiyeemii dachaa baay’ee hin sochoone SupelTM (Sigma-Aldrich) keessatti yeroo murtaa’eef (sekondii 30) walitti qabamee erga walitti qabamee sa’aatii lama keessatti harkaan kiroomaatoogiraafii maaykiroogaasii keessa galfame. Teempireecharri lilmoo 110°C irratti kaa’ame. Kaarboon monoksaayidii (CO) fi haayidiroojiinii (H2) tarree ho’aa (105 °C) dhiibbaa (28 psi) 10 m MS5A irratti argoonii (Matheson Gas-Matheson Purity) akka gaasii geejjibaa fayyadamuun adda baafamaniiru. Walitti hidhamiinsi kunniin kan adda baafaman Thermal Conductivity Detector (TCD) of keessaa qabu fayyadamuun. Kiroomaatoogiraamonni GC fi kaarvoonni safartuu CO fi H2 fakkii S7 irratti agarsiifamaniiru. Saamuda asiidii foormiik dhangala’aa yeroo murtaa’eef (sekondii 120) anoodii irraa walitti qabamee filtara siriinjii PTFE 0.22 μm fayyadamuun gara 2 mL vials keessatti calalame. Oomishaaleen dhangala’oo qaruuraa keessa jiran sirna Agilent 1260 Infinity II bioinert high-performance liquid chromatography (HPLC) fayyadamuun kan xiinxalaman yoo ta’u, saamuda 20 μl karaa autosampler (G5668A) marsaa socho’aa 4 mM salfuric acid (H2SO4) waliin itti naqame. ) saffisa yaa’aa 0.6 ml/min (paampii kuuwaternarii G5654A) ta’een. Omishaaleen adda baafamaniiru (35°C, fooqii tarree G7116A) Aminex HPX-87H 300 × 7.8 mm (Bio-Rad) kan utubaa eegduu Micro-Guard Cation H durfame irratti. Asiidiin foormiik meeshaa daayoodii array deeteektara (DAD) fayyadamuun adda baafameera. dheerina dalgee 210 nm fi baandii 4 nm irratti. Kaarviin safartuu istaandaardii kiroomaatoogiraamii HPL fi asiidii foormiik fakkii S7 irratti agarsiifameera.
Bu’aan gaazii (CO fi H2) FE walqixxaattoo armaan gadii fayyadamuun kan shallagamu yoo ta’u, waliigala moolii gaazii walqixxaattoo gaazii iidaalii fayyadamuun shallagama:
Isaan keessaa: \({n}_{i}\): baay’ina elektiroonota walnyaatinsa elektirookeemikaalaa keessatti. \(F\): Dhaabbataa Faraday. \({C}_{i}\): Xiyyeeffannoo oomisha dhangala'aa HPLC. \(V\): ulfaatina saamuda dhangala’aa yeroo murtaa’e t. \(j\): dhangala'aa ammee. \(A\): Bal’ina ji’oomeetirii elektiroodii (25 cm2). \(t\): yeroo saamuda fudhachuu. \(P\): dhiibbaa guutuu. \({x}_{i}\): Dhibbeentaa mooliin gaasii GCn murtaa’e. \(R\): dhaabbataa gaazii. \(T\): ho'a qaamaa.
Xiyyeeffannaan kaatiyoonota anoodii ispeektaroskoopii atoomik gadi lakkifamuu pilaasmaa induktiiviin walqabsiifame (ICP-OES) fayyadamuun lakkoofsi isaa murtaa’eera. Kaatiyoononni gara anoodiitti dhangala’uu ykn babal’achuu danda’an Ti, Pt, Bi fi K. K irraa kan hafe, kaatiyoononni biroo hundi daangaa adda baasuu gadi turan. Furmaata keessatti ayoonota uumuun anoodiin pirootonoota ykn kaatiyoonota biroo wajjin akka wal-lammii ta’u dhiisa. Kanaafuu, qulqullinni asiidii foormiik akka
Omishni foormeetii/FA hamma FA humna elektirikii kWh tokkoof qindaa’ina MEA addaa fayyadamuun fayyadamu, mol/kWh bakka bu’a. Haala hojii addaa jalatti dhangala’aa kaarentii, voolteejii seelii fi gahumsa Faraday irratti hundaa’uun shallagama.
Madaallii ulfaatina waliigalaa irratti hundaa’uun hamma asiidii foormiik anoodii irratti oksaayidii ta’e shallagi. Walnyaatinsi wal dorgoman sadii kaatoodii irratti uumamu: jijjiirama haayidiroojiinii, CO2 gara COtti hir’isuu, fi CO2 gara asiidii foormiik hir’isuu. Anton keessatti adeemsa oksideeshinii asiidii foormiik waan qabnuuf, asiidii foormiik FE bakka lamatti qoodamuu danda’a: walitti qabuu asiidii foormikii fi oksideeshinii asiidii foormiik. Madaalliin heddumminaa waliigalaa akka armaan gadiitti barreeffamuu danda’a:
Hamma asiidii foormiik, haayidiroojiinii fi CO HPLCn walitti qabame safaruuf GC fayyadamne. Asiidiin foormiik irra caalaan isaa anoodii irraa kan walitti qabame setup Fakkii Dabalataa S5 irratti mul’atu fayyadamuun ta’uun isaa hubatamuu qaba. Hammi foormeetii golee kaatodii irraa walitti qabame xiqqaadha, tilmaamaan tartiiba guddinaa lamaa gadi, fi hamma waliigalaa SC keessaa %0.5 gadi ta’a.
Moodeelli geejjibaa walitti fufiinsa qabu asitti fayyadamne sirnoota walfakkaatan irratti hojii kanaan dura hojjetame irratti hundaa’a34. Sirni walqabsiifame walqixxummaa Pooson-Nerst-Planck (PNP) marsaa elektirooniksii fi ayoonii geejjibaa keessatti qindoomina bishaanii fi pooteenshaala elektiroo-istaatikii murteessuuf fayyadama. Haalli waliigalaa bal’aan walqixxummaawwan bu’uuraa fi ji’oomeetirii moodeela SI keessatti kennameera.
Sirni kun qindoomina wantoota bishaan keessa jiran saddeet (\({{{{{{\rm{C}}}}}}}{{{{{{\rm{O}}}}}}}}}_{2 \bitaa ({{{{{{\rm{aq}}}}}\mirga)}\), \({{{{{{{\rm{H}}}}}}}}^{+ }\ ), \ ({{{{{{\rm{O}}}}}}{{{{{{{\rm{H}}}}}}^{-}\), \({{{ {{{ \rm{ HCO}}}}}}}}_{3}^{-}\), \({{{{{{\rm{CO}}}}}}_{3}^{ 2-} \ ),\ ({{{{{\rm{HCOOH}}}}}}\), \({{{{{{\rm{HCOO}}}}}}}}^{- }\) fi \({{{ {{{\rm{K}}}}}}^{+}\)), pooteenshaala elektiroo-istaatikii marsaa dabarsuu ayoonii keessatti (\({\phi }_{I}\ )) fi dabarsuu elektiroonii anoodii fi kaatodii. Pooteenshaalota elektiroo-istaatikii marsaa (\({\phi }_{A}\) fi \({\phi }_{C}\) keessatti akkaataa walduraa duubaan). Inumaayyuu, niwutraalitii elektirikii naannoo yookaan faankishiniiwwan raabsa chaarjii hin dhugoomu, naannoon chaarjii iddoo kallattiin walqixxaattoo Pooyisan fayyadamuun furmaata argata; Malli kun kallattiin bu’aa ofirraa deebisuu Donnan interfeesii CEM|AEM, CEM|Pore, fi AEM|Pore irratti moodeela gochuuf nu dandeessisa. Kana malees, ti’ooriin elektiroodii qola (PET) geejjibaa chaarjii laayiyeroota anoodii fi kaatodii kaataalayistii keessatti ibsuuf fayyadama. Hanga beekumsa barreessitootaatti hojiin kun sirnoota naannoo chaarjii iddoo hedduu qaban keessatti hojiirra oolmaa jalqabaa PET bakka bu’a.
Saamuda kaatodii GDE BOT fi EOT Zeiss Xradia 800 Ultra madda raajii X 8.0 keV, haala xuuxuu fi dirree bal’aa, fi fiyuushinii suuraa1 fayyadamuun qoratameera. Suuraaleen 901 -90° hanga 90° yeroo saaxilamummaa sekondii 50n walitti qabamaniiru. Irra deebiin ijaarsi filtara pirojekshinii duubaa guddina vookseelii 64 nm fayyadamuun raawwatameera. Xiinxalli qoqqoodinsaafi raabsa guddina paartiikilii koodii addatti barreeffame fayyadamuun raawwatameera.
Amalli elektiroonii maaykirooskoopii MEAwwan qorannoo epooksii reezinii keessatti ukkaamsuu kan of keessaa qabu yoo ta’u, kunis qophii kutaa ol’aanaa haphii ta’eef cirracha daayimandiitiin ta’a. Kutaan qaxxaamuraa tokkoon tokkoon MEA furdina 50 hanga 75 nm tti murame. Safartuuwwan maaykirooskooppii elektiroonii dabarsuu Talos F200X (Thermo Fisher Scientific) skaaniin maaykirooskoopii elektiroonii dabarsuu (STEM) fi ispeektaroskoopii raajii eksiree anniisaa facaasu (EDS) fayyadameera. Maaykirooskooppiin kun sirna EDS Super-X kan foddaa hin qabne SDD detectors 4 qabu kan qabu yoo ta’u, 200 kVn hojjeta.
Paattariin difraakshinii raajii eksi budaa (PXRD) difraaktoomeetira raajii eksi budaa Bruker Advance D8 kan Ni-filtered Cu Kα radiation 40 kV fi 40 mA irratti hojjetu irratti argameera. Daangaan skaaniin 10° hanga 60°, guddinni tarkaanfii 0.005°, fi saffisi daataa argachuu tarkaanfii tokkoof sekondii 1 dha.
Ispeektiramni RAS qarqara kaataalayistii Bi2O3 Bi L3 irratti argamu akka dalagaa pooteenshaalaatti seelii mana keessatti hojjetame fayyadamuun safarameera. Inkiin ayoonomeerii katalaayitii Bi2O3 Bi2O3 26.1 mg furmaata ayoonomeerii 156.3 μL (%6.68) waliin makamee 1 M KOH, bishaan (157 μL) fi alkoolii isopropyl (104 μL) waliin niwutraalaayiz ta’een inkii ayoonomeerii argachuuf qophaa’eera. Koofiishiin kaataalayistii 0.4 dha. Inkiin hanga fe’iinsi kaataalayistii Bi2O3 0.5 mg/cm2 ga’utti tuqaa reektangulaaraa (10×4 mm) keessatti sheet giraafiinii irratti dibame. Sheet giraafiinii hafe naannoowwan kana elektiroolayitii irraa adda baasuuf Kaaptooniin dibama. Waraqaan giraafiinii kaataalayistiin dibame PTFE lama gidduutti galfamee qaama seelii (PEEK) irratti iskiriyuudhaan hidhame, Fakkii S8. Hg/HgO (1 M NaOH) akka elektiroodii wabii yoo ta’u, waraqaa kaarboonii ammoo akka elektiroodii lakkaawwii ta’ee tajaajileera. Elektiroodii wabii Hg/HgO sibiilli pilaatiinimii haayidiroojiiniin guutame 0.1 M KOH keessatti cuuphame fayyadamuun pooteenshaalota safaraman hunda gara iskeelii elektiroodii haayidiroojiinii garagalfamuu danda’u (RHE)tti jijjiiruuf safarame. Ispeektaroonni XRD kan argaman pooteenshaala elektiroodii hojii Bi2O3/graphene sheet 0.1 M KOH keessatti cuuphame, hanga 30 °Ctti ho’ifamee hordofuudhaani. Elektiroolayitiin baatirii keessatti kan naanna’u yoo ta’u, seensa elektiroolayitii seelii jalatti, ba’aan immoo gubbaa irratti kan argamu yoo ta’u, kunis yeroo bubbee uumamu elektiroolayitiin laayibara kaataalayistii akka qunnamu mirkaneessa. Pooteenshaala elektiroodii hojjetu to’achuuf CH Instruments 760e potentiostat fayyadameera. Tartiiba pooteenshaala pooteenshaala sarkiyuutii banaa ture: -100, -200, -300, -400, -500, -800, -850, -900, -1000, -1100, -1500 fi +700 mV RHE irratti hundaa’uun. Pooteenshaalonni iR hundi sirreeffamaniiru.
Bi L3 edge (~13424 eV for Bi metal) Ispeektaroskoopiin caasaa gaarii xuuxuu raajii eksiree (XAFS) chaanaalii 10-ID, Madda Footoonii Ol’aanaa (APS), Laaboraatoorii Biyyoolessaa Fluorescence Argonne irratti raawwatameera. Laaboraatoorii Safartuu Moodeela Biyyaalessaa. Anniisaa raajii eksiree qindeessuuf monokroomeetariin Si(111) kiristaala lamaa kan naayitiroojiinii dhangala’aan qabbanaa’e kan fayyadame yoo ta’u, qabiyyee haarmoonii laaffisuuf daawwitii roodiyeemiin dibame fayyadameera. Anniisaawwan iskaanii 13200 hanga 14400 eVtti garaagarummaa kan qaban yoo ta’u, fluorescence 5 × 5 silicon PIN diode array filters ykn Soller slits malee fayyadamuun safarameera. Anniisaa qaxxaamuraa zeeroo bu’aa lammaffaa karaa qarqara L2 foolii Pt 13271.90 eV irratti safarama. Fulbaana seelii elektirookeemikaalaa irraa kan ka’e yeroo tokkotti ispeektirii istaandaardii wabii safaruun hin danda’amne. Haala kanaan, jijjiiramni anniisaa raajii eksiree taatee keessatti shallagame safartuu irra deddeebi’amee yaalii guutuu keessatti hundaa’uun ±0.015 eV dha. Fulbaanni laayibara Bi2O3 sadarkaa murtaa’e of-xuuxuu fluorescence fida; elektiroodonni kun biimii fi deeteektara taatee wajjin walqabatee kallattii dhaabbataa ta’e kan eegu yoo ta’u, kunis iskaaniiwwan hundi walfakkaata jechuun ni danda’ama. Ispeektirii XAFS dirree dhiyoo haala oksideeshinii fi bifa keemikaalaa bismuth naannoo XANES istaandaardii Bi fi Bi2O3 waliin walbira qabamee algoritmiin walnyaatinsa sararaawaa sooftiweeri Athena (version 0.9.26) fayyadamuun murteessuuf fayyadameera. koodii IFEFFIT tiin 44.
Daataan lakkoofsa barruu kanaa fi xumura qorannoo kanaa kan deeggaru barreessaa walgitu irraa gaaffii madaalawaa ta’een ni argama.
Crandall BS, Brix T., Weber RS ​​fi Jiao F. Madaallii teekno-dinagdee sansalata dhiyeessii miidiyaa magariisaa H2. Boba’aa Annisaa 37, 1441–1450 (2023).
Younas M, Rezakazemi M, Arbab MS, Shah J fi Rehman V. Kuusaa fi kenniinsa haayidiroojiinii magariisaa: kaataalayistota walfakkaataa fi heterojinii sochii olaanaa qaban fayyadamuun asiidii foormiik dehayidiroojineeshinii. idil-addunyaa ta’uu. J. Gidrog jedhamuun beekama. Annisaa 47, 11694-11724 (2022) irratti kan ibsame.
Nie, R. fi kanneen biroo. Adeemsi dhiheenya kana haayidiroojineeshinii dabarsoo katalaayitii asiidii foormiik kaataalayistota sibiilota ce’umsaa heterojinii irratti. Kataloogii AKS. 11, 1071-1095 (2021) irratti kan ibsame.
Rahimi, A., Ulbrich, A., Kuhn, JJ, fi Stahl, SS Asiidii foormiik-induced depolymerization liginiinii oksaayidii gara kompaawundoota urgooftuutti. Uumama 515, 249-252 (2014) irratti kan ibsame.
Schuler E. fi kkf. Asiidiin foormiik itti fayyadama CO 2 tiif akka gidduugaleessa ijootti tajaajila. magariisa. Keemikaalaa. 24, 8227-8258 (2022) irratti kan ibsame.
Zhou, H. fi kkf. Qabiyyee kaarboohayidireetii fi ligninii waliigalaa guddisuuf asiidii foormiik dhangala’aa fayyadamuun saffisaan firaakshinii hin balleessine (≤15 min) baayoomaasii. Keemistirii fi Keemistirii 12, 1213–1221 (2019).
Calvi, CH fi kkf. Guddina Cupriavidus necator H16 foormeetii irratti fooyya’e injinariingii odeeffannoo jijjiirama laabraatoorii madaqsuu fayyadamuun. Meetaabooliitii. injinara. 75, 78-90 (2023) irratti kan ibsame.
Ishai, O. fi Lindner, S. N. Gonzaalez de la Cruz, J., Tenenboim, H. fi Bar-Even, A. Baayoo-dinagdee foormeetii. yeroo ammaa. Ilaalcha. Keemikaalaa. baayoloojii. 35, 1–9 (2016) irratti kan ibsame.