Источник: ACS Catalysis (2024). DOI: 10.1021/acscatal.4c01448
Новый электрохимический метод может сделать химическое производство чище и энергоэффективнее.
Используя тонкопленочные никелевые аноды, группа ученых и сотрудников Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса (LLNL) выяснила, как очистить химическое производство.
При изучении новой электрохимической реакции важно использовать тонкие пленки, поскольку они обеспечивают однородную поверхность для работы, что облегчает понимание того, как на самом деле работает катализатор.
«Тонкие пленки устраняют осложнения, связанные с пористыми/шероховатыми структурами или различной толщиной, позволяя нам сосредоточиться на истинных свойствах материала катализатора», — сказал постдок LLNL Адитья Праджапати, первый автор статьи, опубликованной в журнале ACS Catalysis.
Автор-корреспондент и руководитель этого проекта Кристофер Хан сказал: «Это помогает нам лучше понять химические реакции и то, как их улучшить, что приведет к более эффективным процессам».
Текущие электролизеры (которые преобразуют электрическую энергию в молекулы с высокой плотностью потенциальной энергии) испытывают трудности с энергоэффективностью из-за выделения кислорода на аноде. Команда обнаружила, что замена этой реакции выделения кислорода окислением биомассы может сократить потребление энергии более чем на 50%, что решает как эффективность, так и необходимость устойчивого преобразования биомассы.
Этот процесс очищает химическое производство, преобразуя 5-гидроксиметилфурфурол (HMF), полученный из биомассы, в 2,5-фурандикарбоновую кислоту (FDCA), ценный строительный блок для устойчивых пластиков, таких как PEF (полимер на биологической основе). Команда пришла к выводу, что этот процесс снижает зависимость от нефти и выбросы углерода.
«В отличие от традиционных методов, требующих высоких температур и производящих токсичные отходы, наш электрохимический метод более чистый и энергоэффективный», — сказал Нитиш Говиндараджан, один из авторов этой работы.
Используя биомассу в качестве исходного материала, процесс поддерживает использование возобновляемого сырья, способствуя развитию круговой экономики и снижая зависимость от конечных запасов ископаемого топлива.
Электрохимическое окисление HMF до FDCA потребляет меньше энергии по сравнению с традиционными методами, что способствует снижению углеродного следа в химическом производстве. Кроме того, он также может иметь нулевой углеродный след, если сочетать его с возобновляемой электроэнергией.
Другие авторы LLNL включают Вэнью Сан, Джереми Фистер и Снеху Акхаде, а также исследователей из Монреальского и Боннского университетов.
Дополнительная информация: Адитья Праджапати и др., Mechanistic Insights into the Electrochemical Oxidation of 5-Hydroxymethylfurfural on a Thin-Film Ni Anode, ACS Catalysis (2024). DOI: 10.1021/acscatal.4c01448
Информация о журнале: ACS Catalysis
Предоставлено Национальной лабораторией им. Лоуренса в Ливерморе
