Materiais de dióxido
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Os materiais de dióxido foram fundados em 2009 em Champaign, Illinois, e agora estão sediados em Boca Raton, Flórida. Seu principal negócio é desenvolver tecnologia para diminuir a pegada de carbono do mundo. Os materiais de dióxido estão desenvolvendo tecnologia para converter dióxido de carbono, água e energia renovável em gasolina neutra em carbono (gasolina) ou combustível de aviação. As aplicações incluem reciclagem de CO2, produção de combustíveis sustentáveis e redução de redução de energia renovável (ou seja, energia renovável que não poderia ser usada pela grade).
Tecnologia de eletrolisador de dióxido de carbono
Os eletrolisadores de dióxido de carbono são uma parte importante dos negócios dos materiais de dióxido. O trabalho começou em resposta a um desafio do Departamento de Energia para encontrar melhores catalisadores para a redução eletroquímica do dióxido de carbono. Na época, a tensão superpotencial (ou seja, desperdiçada) era muito alta e a taxa muito baixa para aplicações práticas. Trabalhadores da Dióxido Materiais teorizaram que um catalisador bifuncional que consiste em um metal e um líquido iônico pode diminuir a superpotencial para a redução eletroquímica do dióxido de carbono. De fato, verificou-se que a combinação de dois catalisadores, nanopartículas de prata e uma solução líquida iônica contendo volumes iguais de tetrafluoroborororoboror de 1-etil-3-metilimidazolium (EMIM-BF4) e água reduziu o superpotencial para conversão de CO2 em monóxido de carbono (Co) ) de cerca de 1 volt a apenas 0,17 volts. Trabalhadores de outros laboratórios reproduziram posteriormente os resultados em muitos metais e com vários líquidos iônicos. Os materiais de dióxido mostraram que um aprimoramento semelhante ocorre durante a eletrólise da água alcalina e a hidrocarboxilação do acetileno ("química do Reppe").
Neste ponto, ainda há alguma dúvida sobre como o imidazólio é capaz de diminuir o superpotencial para a redução eletroquímica do dióxido de carbono. O primeiro passo na eletrólise do CO2 é a adição de um elétron no CO2 ou um complexo molecular contendo CO2. A espécie resultante é rotulada como "CO2¯" na figura à esquerda. Requer pelo menos um volto eletrônico de energia por molécula para formar as espécies na ausência do líquido iônico. Que o eletrônico-volto da energia é amplamente desperdiçado durante a reação. Rosen em Al postulou que um novo complexo se forma na presença do líquido iônico, para que 1 eV de energia não seja desperdiçado. O complexo permite que a reação siga a via verde na figura à direita. Trabalhos recentes sugerem que o novo complexo é uma zwitterion Outras vias possíveis (ou seja, não zwitterions) são discutidas em Keith et al. Rosen em Al. Verdaguer-Casadevall et al. e Shi et al.
Membranas de Sustainion
Infelizmente, os líquidos iônicos foram considerados corrosivos demais para serem usados em eletrolisadores práticos de dióxido de carbono. Líquidos iônicos são solventes fortes. Eles dissolvem/corroem os selos, eletrodos de carbono e outras peças em eletrolisadores comerciais. Como resultado, eles eram difíceis de serem usados na prática.
Para evitar a corrosão, os materiais de dióxido mudaram de catalisadores líquidos iônicos para polímeros de troca de ânion catalíticos. Vários polímeros foram testados e o polímero de estireno funcionalizado com imidazólio mostrado na figura à direita mostrou o melhor desempenho. As membranas foram negociadas com Sustainion. O uso de membranas sustentadas aumentou a corrente e a vida útil do eletrolisador de CO2 para a faixa comercialmente útil. As membranas sustentadas mostraram condutividades acima de 100 ms/cm em condições alcalinas a 60 ° C, estabilidade por milhares de horas em 1M de koh e oferecem uma estabilidade mecânica física que é útil para muitas aplicações diferentes. As membranas mostraram uma vida útil acima de 3000 horas em eletrolisadores de CO2 em densidades de alta corrente.