Rice工程师的反应堆可以直接将气体转化为醋酸
一种甜蜜的新工艺使酸味变得更实用。
赖斯大学的工程师们正在将一氧化碳直接转化为醋酸
2。醋酸是一种广泛使用的化学物质，它使醋具有“tang
2”的味道。
一幅电子显微镜图像显示，赖斯大学的工程师们用铜纳米立方体催化一氧化碳转化为醋酸。由王集团/森富尔集团提供
化学和生物分子工程师实验室的电化学过程解决了之前试图将一氧化碳(CO)减少为醋酸的问题，莱斯布朗工程学院的王浩天和托马斯森弗特尔。这些过程需要额外的步骤来净化产品。
这种环境友好型反应器使用纳米级铜立方体作为主要催化剂，同时使用一种独特的固态电解质。
在连续150小时的实验室操作中，该装置产生了2%醋酸水溶液。酸性成分的纯度高达98%，远优于早期将CO催化成液体燃料的尝试。
莱斯大学的工程师已经开发出一种反应器，可以直接用一氧化碳生产液态乙酸。该反应器使用铜纳米立方体和固态电解质作为催化剂。朱鹏插图
详情刊登在《美国国家科学院院刊》上。
与醋和其他食品一样，醋酸在医学上被用作防腐剂;作为油墨、油漆和涂料的溶剂;醋酸乙烯酯是普通白胶的前体。
水稻的生产过程建立在王氏实验室的反应器上，该反应器从二氧化碳(CO2)中生产甲酸。这项研究为王(最近被任命为帕卡德研究员)建立了一个重要的基金会，他赢得了美国国家科学基金会(NSF)的200万美元资助，继续探索将温室气体转化为液体燃料的方法。
“我们正在将产品从单碳化合物甲酸升级为双碳化合物，这更具挑战性，”王说。“人们传统上用液体电解质生产醋酸，但他们仍然存在性能低下以及产品与电解质分离的问题。”
森弗特尔补充说:“当然，醋酸通常不是由一氧化碳或二氧化碳合成的。”“这是关键所在:我们正在把我们想要减轻的废气转化为有用的产品。”
浩田王
托马斯Senftle
在铜催化剂和固态电解质之间进行了仔细的耦合，后者是从甲酸反应器中转移过来的。“有时铜会通过两种不同的途径产生化学物质，”王说。“它可以将CO还原为乙酸和醇。我们设计的铜立方体由一个侧面主导，可以帮助碳-碳耦合，其边缘可以引导碳-碳耦合到乙酸而不是其他产品。”
Senftle和他的团队建立的计算模型帮助改进了立方体的形状。他说:“我们能够证明，立方体上有多种边缘，基本上是更多的波纹表面，这些边缘有助于破坏某些碳氧键，从而引导产品向一个方向或另一个方向移动。”“拥有更多的边缘位点有利于在正确的时间打破正确的键。”
森弗特尔说，这个项目很好地证明了理论和实验应该如何结合。他说:“从反应堆组件的整合到原子层面的机制，这是一个很好的工程实例。”“它符合分子纳米技术的主题，展示了我们如何将其扩展到现实世界的设备上。”
彭朱
Chun-Yen刘
王说，开发可扩展系统的下一步是提高系统的稳定性，并进一步减少过程所需的能量。
赖斯研究生朱鹏、刘春彦、J. Evans atwell – welch博士后研究员夏川是该论文的共同首席作者。共同作者:水稻研究科学家高冠辉、博士后张晓、研究生夏阳;上海交通大学前Rice博士后研究员江坤;以及研究生雷永久和沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学材料科学与工程教授胡萨姆·阿尔沙里夫。Wang和Senftle是化学和生物分子工程的助理教授。
国家科学基金会和CIFAR阿兹列里全球学者计划支持这项研究。
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