नेचर डटकमय् झायादीगुलिं छितः सुभाय् । छिं छ्यलादीगु ब्राउजरया भर्सनय् सीएसएस सपोर्ट म्ह्व जक दु । बांलाःगु लिच्वःया निंतिं, जिमिसं छितः छिगु ब्राउजरया न्हूगु भर्सन छ्यलेत (वा इन्टरनेट एक्सप्लोररय् कम्प्याटिबिलिटी मोडयात असक्षम यायेत) सिफारिस यानाच्वना । थ्व हे झ्वलय्, निरन्तर ग्वाहालि सुनिश्चित यायेत, जिमिसं स्टाइल वा जाभास्क्रिप्ट मदयेक साइट क्यनाच्वनागु दु ।
कार्बन डाइअक्साइडयात फर्मिक एसिडय् इलेक्ट्रोकेमिकल रिडक्सन कार्बन डाइअक्साइडया छ्येलेज्याय् सुधार यायेगु छगू आशाजनक उपाय ख व हाइड्रोजन भण्डारण माध्यमया रुपय् सम्भावित छ्येलेज्या दु। थ्व ज्याय् कार्बन डाइअक्साइडं फर्मिक एसिडया प्रत्यक्ष इलेक्ट्रोकेमिकल संश्लेषणया निंतिं जिरो-ग्याप मेम्ब्रेन इलेक्ट्रोड एसेम्बली आर्किटेक्चर दयेका तःगु दु। छगू मू प्राविधिक प्रगति पर्फोरेटेड क्याटियन एक्सचेन्ज मेम्ब्रेन ख, गुकियात फर्वार्ड बाइस्ड बाइपोलर मेम्ब्रेन कन्फिगरेसनय् छ्यलेबलय् मेम्ब्रेन इन्टरफेसय् दयावःगु फर्मिक एसिडयात एनोडिक फ्लो फिल्डया माध्यमं ०.२५ एम थें म्हो एकाग्रताय् विस्थापित यायेत अनुमति बी। फ्युल सेल व हाइड्रोजन इलेक्ट्रोलाइसिसय् साधारण सामग्री व डिजाइन, गुकिलिं स्केल-अप व व्यावसायिकीकरणय् याकनं संक्रमण यायेत अनुमति बी। २५ cm2 कोषय् पर्फोरेटेड क्याटियन एक्सचेन्ज मेम्ब्रेन कन्फिगरेसनं <२ V व ३०० ​​mA/cm2 य् फर्मिक एसिडया निंतिं >७५% फ्याराडे दक्षता बी। अझ महत्वपूर्ण खँ छु धाःसा २०० एमए/सेमी२य् ५५ घण्टाया स्थिरता परीक्षणं स्थिर फ्याराडे दक्षता व सेल भोल्टेज क्यंगु दु । आःया फर्मिक एसिड उत्पादन विधिलिसे लागत समानता प्राप्त यायेगु उपाययात क्यनेत प्राविधिक-आर्थिक विश्लेषण छ्यली ।
नवीकरणीय विद्युत छ्यला कार्बन डाइअक्साइडयात फर्मिक एसिडय् इलेक्ट्रोकेमिकल रिडक्सन यायेबलय् परम्परागत जीवाश्म इन्धनय् आधारित विधिया तुलनाय् उत्पादन लागत ७५% १ तक्क म्हो जुइगु क्यनातःगु दु। साहित्यय् संकेत यानातःगु कथं2,3, फर्मिक एसिडया छ्येलेज्याया व्यापक दायरा दु, हाइड्रोजन भण्डारण व ढुवानीया छगू दक्ष व आर्थिक माध्यमं निसें रासायनिक उद्योग4,5 वा बायोमास उद्योग6या निंतिं छगू फीडस्टक तक्क। मेटाबोलिक इन्जिनियरिङ छ्यला लिपा दिगो जेट इन्धनया मध्यवर्ती पदार्थय् हिलेगु निंतिं फर्मिक एसिडयात फीडस्टकया रुपय् तकं म्हसीकातःगु दु७,८। फर्मिक एसिड अर्थशास्त्रया विकास नापं १,९, यक्व अनुसन्धान ज्यात उत्प्रेरक चयनात्मकतायात अनुकूलित यायेगुलि केन्द्रित जुल१०,११,१२,१३,१४,१५,१६। अथे जुसां यक्व कुतः म्हो करेन्ट डेन्सिटीइ (<५० mA/cm2) संचालन जुइगु चिधंगु एच-सेल वा लिक्विड फ्लो सेलय् केन्द्रित जुयाच्वंगु दु। लागत म्हो यायेत, व्यावसायिकीकरण प्राप्त यायेत व लिपाया बजार प्रवेश अप्वयेकेत इलेक्ट्रोकेमिकल कार्बन डाइअक्साइड म्हो यायेत (सीओ२आर) उच्च वर्तमान घनत्व (≥२०० एमए/सेमी२) व फैराडे सेल दक्षता (एफई) १७ य् यायेमाः जबकि इलेक्ट्रोटेन टेक कम्पोनेन्टया अधिकतम उपयोग व इलेक्ट्रोटेन टेक कम्पोनेन्टया प्रयोग यानाः सिओ२ निसें ब्याट्रीया उपयोग यायेमाः । स्केल १८ या अर्थतन्त्रया फाइदा कायेत उपकरणत । नापं उत्पादनया उपयोगिता अप्वयेकेत व थप डाउनस्ट्रिम प्रशोधनपाखें बचे जुइत फर्मेट लवण स्वया अन्तिम उत्पादनया रुपय् फर्मिक एसिड छ्यलेमाः१९ ।
थ्व दिशाय् लिपांगु इलय् औद्योगिक रुपं प्रासंगिक सीओ २ आर फर्मेट/फर्मिक एसिड आधारित ग्यास डिफ्युजन इलेक्ट्रोड (जीडीई) उपकरण दयेकेगु कुतः जूगु दु । फर्नान्डिज-कासो एट अल.२०या छगू व्यापक समीक्षाय् CO2 यात निरन्तर रुपं फर्मिक एसिड/फर्मेटय् म्हो यायेगु निंतिं सकल इलेक्ट्रोकेमिकल सेल कन्फिगरेसनयात संक्षेपय् न्ह्यथनातःगु दु। सामान्यतया, सकल विद्यमान कन्फिगरेसनयात स्वंगु मू श्रेणीइ बायेछिं: १.फ्लो-थ्रू क्याथोलाइट्स१९,२१,२२,२३,२४,२५,२६,२७, २.एकल झिल्ली (केटियन एक्सचेन्ज मेम्ब्रेन (सीईएम)२८ वा एनियन एक्सचेन्ज मेम्ब्रेन (एईएम.५ कन्फिगरेसन१, सिम्प्लिविच३)२९ व ३. थुपिं विन्यासया क्रस-सेक्सन चित्र १कय् क्यनातःगु दु, क्याथोलाइटया प्रवाह विन्यासया निंतिं झिल्ली व जीडीईया क्याथोडया दथुइ छगू इलेक्ट्रोलाइट च्याम्बर दयेका तःगु दु । छ्यःगु चेन एट अल १.२७ मिमी तःग्वःगु क्याथोलाइट तह दुगु कार्बन सब्स्ट्रेटय् SnO2 क्याथोड छ्यला ५०० एमए/सेमी२ य् ९०% एफई ३५ तक प्राप्त जूगु खः छगू तःग्वःगु क्याथोलाइट तह व रिभर्स-पक्षपातपूर्ण भोल्टेजया संयोजन an VPM सीमा बी6. १५% या ऊर्जा दक्षता सुधार यायेत ली एट अल, छगू ​​हे सीईएम विन्यास छ्यला, ५१.७ एमए/सेमी२या भिन्नात्मक वर्तमान घनत्वय् सीईएमया छगू डी करेन्ट झिल्लीया छ्यलाबुला याःगु दु । mA/cm2.अथे जुसां फुक्क विधिं प्राथमिकता प्राप्त उत्पाद, फर्मिक एसिड स्वया फर्मेट उत्पादन याइ थप प्रशोधनया आवश्यकताया नापं, सीईएम कन्फिगरेसनय्, केसीओओएच थें न्याःगु फर्मेट याकनं हे जीडीई व प्रवाह क्षेत्रय् मुनेफु, गुकिलिं यातायात प्रतिबन्ध व अन्ततः सेल फेल जुइफु।
थ्व अध्ययनय् प्रस्तावित स्वंगु दकलय् प्रमुख CO2R टु फर्मेट/फर्मिक एसिड कन्भर्सन डिभाइस कन्फिगरेसन व आर्किटेक्चरया तुलना। ख साहित्यय् क्याथोलाइट विन्यास, सैंडविच विन्यास, एकल सीईएम विन्यास (पूरक तालिका S1 य् क्यनातःगु) व झीगु ज्याया निंतिं कुल वर्तमान व फर्मेट/फर्मिक एसिड उपजया तुलना। खुल्ला चिं फर्मेट द्रावण उत्पादन जूगु क्यनी, अले ठोस चिं फर्मिक एसिड उत्पादन जूगु क्यनी । * एनोडय् हाइड्रोजन छ्यलाः कन्फिगरेसन क्यनातःगु दु । c फर्वार्ड बायास मोडय् संचालन जुइगु छेदयुक्त क्याटियन एक्सचेन्ज लेयर दूगु कम्पोजिट बाइपोलर मेम्ब्रेन छ्यला जिरो-ग्याप एमईए कन्फिगरेसन।
फर्मेट गठनयात पनेगु निंतिं प्रोएटो एट अल. ३२ य् स्प्लिटलेस फिल्टर प्रेस कन्फिगरेसन छ्यःगु दु गुकिलि डिआयोनाइज्ड लः इन्टरलेयरं बाः वनी। थ्व प्रणालीं ५०–८० mA/cm2या वर्तमान घनत्व दायराय् >७०% CE प्राप्त यायेफु। अथे हे याङ एट अल. १४ य् फर्मिक एसिडया निर्माणयात प्रवर्द्धन यायेत सीईएम व एईएम दथुइ ठोस इलेक्ट्रोलाइट अन्तरस्तर छ्यलेगु प्रस्ताव तःगु दु। याङ एट अल.३१,३६ २०० mA/cm2 य् ५ cm2 कोषय् ९१.३% FE प्राप्त याना ६.३५ wt% फर्मिक एसिड द्रावण दयेकल। जिया एट अल। थन्यागु हे कन्फिगरेसन छ्येला कार्बन डाइअक्साइड (CO2)यात फर्मिक एसिड FE य् ८३% हिलेगु ज्या २०० mA/cm2 य् प्राप्त जुल, व प्रणालीया टिकाउपन १०० घण्टा ३० मिनेट तक्क परीक्षण यात। चिधंगु स्तरया लिच्वः आशाजनक जूसां पोरस आयन विनिमय रेजिनया अप्वःगु लागत व जटिलतां अन्तरस्तरीय कन्फिगरेसनयात तःधंगु प्रणालीइ (दसु, १००० सेमि२) स्केल यायेत थाकुइकी।
थीथी डिजाइनया शुद्ध प्रभावया कल्पना यायेत जिमिसं न्हापा न्ह्यथनागु फुक्क प्रणालीया निंतिं प्रति किलोवाट फर्मेट/फर्मिक एसिड उत्पादनया सारणीकरण यानाः चित्र १ खय् प्लट यानागु खः । थन थ्व स्पष्ट दु कि क्याथोलाइट वा इन्टरलेयर दूगु छुं नं प्रणालीइ म्हो करेन्ट डेन्सिटीइ थःगु प्रदर्शन चरम जुइ व अप्व करेन्ट डेन्सिटीइ डिग्रेड जुइ, गन ओमिक सीमां सेल भोल्टेज निर्धारण यायेफु। अझ, ऊर्जा दक्ष सीईएम कन्फिगरेसनं प्रति किलोवाट दकलय् अप्व मोलर फर्मिक एसिड उत्पादन याइगु जूसां नं चिकंया बिल्डअपं उच्च वर्तमान घनत्वय् तीव्र प्रदर्शन क्षय जुइफु।
न्हापा चर्चा यानागु असफलताया मोडयात म्हो यायेत जिमिसं छगू मेम्ब्रेन इलेक्ट्रोड एसेम्बली (एमईए) दयेका गुकिलि पर्फोरेटेड क्याटियन एक्सचेन्ज मेम्ब्रेन (पीसीईएम) दूगु कम्पोजिट फोरवार्ड बायस्ड बीपीएम दइ। वास्तुकला किपा १ सिइ क्यनातःगु दु । हाइड्रोजन अक्सिडेसन रिएक्सन (HOR)या माध्यमं प्रोतोन दयेकेगु निंतिं एनोडय् हाइड्रोजन (H2) दुथ्याकिगु या। क्याथोडय् उत्पन्न जुइगु फर्मेट आयनयात एइएमं वनेत बीपीएम प्रणालीइ छगू पीसीईएम तह दुथ्याकिगु या, प्रोतोननाप स्वाना सीईएमया बीपीएम इन्टरफेस व इन्टरस्टिसियल पोरय् फर्मिक एसिड दयेकिगु व अनंलि जीडीई एनोड व फ्लो फिल्डं पिहां वइगु याइ। । थ्व कन्फिगरेसन छ्येला जिमिसं २५ cm२ सेल क्षेत्रया निंतिं <२ V व ३०० ​​mA/cm2 य् फर्मिक एसिडया >७५% FE प्राप्त याना। दकलय् महत्वपूर्ण खँ छु धाःसा थ्व डिजाइनय् फ्युल सेल व वाटर इलेक्ट्रोलाइसिस प्लान्टया निंतिं व्यावसायिक रुपं उपलब्ध कम्पोनेन्ट व हार्डवेयर आर्किटेक्चरया छ्येला यानातःगु दु, गुकिलिं स्केल यायेत याकनं ई बी। क्याथोलाइट कन्फिगरेसनय् क्याथोलाइट फ्लो च्याम्बर दइ गुकिलिं ग्यास व तरल चरण दथुइ दबाव असन्तुलन जुइफु, विशेष यानाः तःधंगु कोष कन्फिगरेसनय्। द्रव प्रवाहया पोरस तह दूगु स्यान्डविच संरचनाया निंतिं पोरस इन्टरमिडिएट लेयरयात अनुकूलित यायेत उल्लेखनीय कुतः यायेमाः गुकिलिं दबाव ड्रप व इन्टरमिडिएट लेयर दुने कार्बन डाइअक्साइडया संचय म्हो जुइ। थुपिं निगुलिं सेलुलर सन्चारय् पंगः थनेफु । तःधंगु स्तरय् स्वतन्त्र रुपं दनाच्वंगु सालुगु पोरस लेयर उत्पादन यायेत नं थाकु । थ्व स्वया प्रस्तावित न्हुगु कन्फिगरेसन शून्य-ग्याप एमईए कन्फिगरेसन ख गुकिलि फ्लो चेम्बर वा इन्टरमिडिएट लेयर मदु। मेमेगु विद्यमान इलेक्ट्रोकेमिकल सेलया तुलनाय् प्रस्तावित कन्फिगरेसन विशिष्ट ख छाय् धाःसा थुकिलि स्केलेबल, ऊर्जा-दक्ष, शून्य-अन्तराल कन्फिगरेसनय् फर्मिक एसिडया प्रत्यक्ष संश्लेषण यायेछिं।
हाइड्रोजन विकासयात दमन यायेत, तःधंगु स्तरया CO2 म्हो यायेगु कुतःया निंतिं क्याथोडय् क्षारीय अवस्था दयेकेगु निंतिं उच्च मोलर एकाग्रता इलेक्ट्रोलाइट (दसु, १-१० M KOH)या संयोजनय् MEA व AEM मेम्ब्रेन कन्फिगरेसन छ्येलातःगु दु (चित्र २कय् क्यनातःगु कथं)। थ्व कन्फिगरेसनय् क्याथोडय् दयावइगु फर्मेट आयनत ऋणात्मक चार्ज दूगु प्रजातिया रुपय् मेम्ब्रेनं वनि, अनंलि KCOOH दयावइ व एनोडिक KOH स्ट्रिम जुया प्रणालीं पिहां वनि। चित्र २ ख य् क्यनातःकथं फर्मेट एफई व सेल भोल्टेज न्हापां अनुकूल जूसां स्थिरता परीक्षणया लिच्वः कथं १० घण्टाय् जक एफई करिब ३०% म्हो जुल (चित्र S1a–c)। थुकियात ध्यानय् तयेमाः कि १ एम केओएच एनोलाइटया छ्येलेज्या क्षारीय अक्सिजन विकास प्रतिक्रिया (ओईआर) प्रणालीइ एनोडिक ओभरभोल्टेज म्हो यायेत व क्याथोड उत्प्रेरक बेड ३३ दुने आयन पहुँच प्राप्त यायेत महत्वपूर्ण ख। एनोलाइटया एकाग्रता ०.१ एम KOH तक्क म्हो जुइबलय् सेल भोल्टेज व फर्मिक एसिड अक्सिडेसन (फर्मिक एसिडया क्षति) निगुलिं अप्वइ (चित्र S1d), गुकिलिं शून्य-योग ट्रेड-अफया क्यनि। समग्र मास ब्यालेन्स छ्यला फर्मेट अक्सिडेसनया डिग्रीया मूल्यांकन याःगु ख; अप्वः विवरणया निंतिं “विधि” खण्ड स्वयादिसँ । एमईए व सिंगल सीईएम मेम्ब्रेन कन्फिगरेसन छ्यला प्रदर्शनया नं अध्ययन याःगु ख, व लिच्वः चित्र S1f,g य् क्यनातःगु दु। क्याथोडं संकलन जूगु FE फर्मेट परीक्षणया शुरुइ २०० mA/cm2 य् >६०% दुगु खः, तर न्हापा चर्चा यानागु क्याथोडया चिकं मुंगुलिं निघौया दुने तीव्र गतिं क्षय जुल (चित्र S11) ।
क्याथोडय् CO2R, एनोडय् हाइड्रोजन अक्सिडेसन रिएक्सन (HOR) वा OER, व दथुइ छगू AEM मेम्ब्रेन दूगु शून्य-ग्याप MEAया स्कीमेटिक। ख एफई व सेल भोल्टेज थ्व कन्फिगरेसनया निंतिं १ एम केओएच व ओईआर एनोडय् प्रवाहित जुइ। इरर बारं स्वंगू थी थी मापनया मानक विचलनयात प्रतिनिधित्व याइ । एफई व सिस्टम सेल भोल्टेजय् एच२ व एचओआर नापं एनोडय् । फर्मेट व फर्मिक एसिड उत्पादनयात पाके यायेत थी थी उं छ्यली । डि दथुइ न्ह्यःने यंकूगु बिपिएम दुगु एमइएया स्कीमेटिक डाइग्राम । थुगु कन्फिगरेसन छ्यलाः एफइ व ब्याट्री भोल्टेज भर्सस टाइम २०० एमए/सिएम२ स । च चीहाकःगु परीक्षण लिपा न्ह्यःने पक्षपातपूर्ण बीपीएम एमईएया क्रस-सेक्सनल छवि ।
फर्मिक एसिड दयेकेगु निंतिं एनोडय् च्वंगु Pt-on-carbon (Pt/C) उत्प्रेरकय् हाइड्रोजन आपूर्ति याइ। चित्र २d य् क्यनातःकथं, एनोडय् प्रोतोन उत्पन्न याइगु छगू फर्वार्ड-बायस्ड बीपीएमया अनुसन्धान न्हापा फर्मिक एसिड उत्पादन प्राप्त यायेत याःगु दु। २०० एमए/सेमी२ करेन्टय् ४० मिनेट चले जुइधुंकाः बीपीएम ट्युनिङ युनिट फेल जुल, गुकिया लिसें ५ भि स्वयां अप्वः भोल्टेज सर्ज नं जुल (चित्र २ङ) । परीक्षण लिपा, सिइएम/एइएम इन्टरफेसय् स्पष्ट डिलामिनेशन खनेदत । फर्मेट बाहेक कार्बोनेट, बाइकार्बोनेट व हाइड्रोक्साइड थें न्याःगु एनआयन नं एईएम मेम्ब्रेन जुया सीईएम/एईएम इन्टरफेसय् प्रोतोननाप रिएक्सन याना सीओ२ ग्यास व तरल लः दयेकिगु या, गुकिलिं बीपीएम डिलामिनेसन जुइ (चित्र २f) व , अन्ततः कोष फेल जुइ।
माथिया विन्यासया प्रदर्शन व असफलता संयन्त्रया आधारय् चित्र १ गय् क्यनातःकथं न्हूगु एमईए आर्किटेक्चर प्रस्तावित यानातःगु दु व चित्र ३क३८ य् विस्तृत रुपं न्ह्यथनातःगु दु । थन पीसीईएम तहं सीईएम/एईएम इन्टरफेसपाखें फर्मिक एसिड व एनआयनया माइग्रेसनया निंतिं लँपु दयेकी, गुकिलिं पदार्थया संचय म्हो जुइ। थ्व हे इलय् पीसीईएम इन्टरस्टिसियल पथं फर्मिक एसिडयात डिफ्युजन माध्यम व फ्लो फिल्डय् निर्देशित याइ, गुकिलिं फर्मिक एसिड अक्सिडेसनया सम्भावना म्हो जुइ। ८०, ४० व २५ मिमी तःधिकःम्ह एईएम छ्यला ध्रुवीकरणया लिच्वः चित्र ३ खय् क्यनातःगु दु । अपेक्षा कथं एईएमया थिकेगु अप्वइगुलिं समग्र सेल भोल्टेज अप्वइगु जूसां तःग्वःगु एईएम छ्यलेबलय् फर्मिक एसिडया ब्याक डिफ्युजनयात पनेफु, गुकिलिं क्याथोडया पीएच अप्वइ व एच२ उत्पादन म्हो जुइ (चित्र ३सी–ई)।
एईएम व छेदयुक्त सीईएम व थीथी फर्मिक एसिड परिवहन मार्गया नापं एमईए संरचनाया छगू चित्रण। बि थी थी करेन्ट डेन्सिटि व थी थी एइएम फिइ सेल भोल्टेज । ईईइ ८० माइक्रोमिटर (डी) ४० माइक्रोमिटर, ई) २५ माइक्रोमिटरया एईएम थिकेगु नापं थीथी वर्तमान घनत्वय्। इरर बारं स्वंगू बिस्कं बिस्कं नमूनापाखें मापन याःगु स्ट्यान्डर्ड डिभिजनयात प्रतिनिधित्व याइ । f थीथी एईएम थिकेगु थासय् सीईएम/एईएम इन्टरफेसय् फर्मिक एसिडया एकाग्रता व पीएच मूल्यया सिमुलेशन लिच्वः। f पीसी व पीएच उत्प्रेरकया क्याथोड तहलय् थीथी एईएम फिल्मया थिकेगु। जि सीईएम/एईएम इन्टरफेस व छेदया नापं फर्मिक एसिड एकाग्रताया निगू आयामी वितरण।
चित्र S2 य् पुआसन-नर्न्स्ट-प्लान्क परिमित तत्त्व मोडेलिङ छ्यला एमईएया थिकेगु थासय् फर्मिक एसिडया एकाग्रता व पीएचया वितरण क्यनातःगु दु। सीईएम/एईएम इन्टरफेसय् दकलय् अप्व फर्मिक एसिडया मात्रा ०.२३ मोल/एल खनेदइगु अजूचायापूगु खँ मखु, छाय् धाःसा थ्व इन्टरफेसय् फर्मिक एसिड दयावइ। एइएमया थिकेगु अप्वइगुलिं एइएमया माध्यमं फर्मिक एसिडया एकाग्रता अप्व तीव्र गतिं म्हो जुइ, गुकिलिं मास ट्रान्सफरया प्रतिरोध अप्वइगु व ब्याक डिफ्युजनया कारणं फर्मिक एसिडया प्रवाह म्हो जुइगु संकेत बी। चित्र ३ f व g य् क्रमशः ब्याक डिफ्युजन व फर्मिक एसिडया एकाग्रताया निगु आयामी वितरणया कारणं क्याथोड उत्प्रेरक बेडय् पीएच व फर्मिक एसिडया मू क्यनातःगु दु। एइएम मेम्ब्रेन गुलि चिधं जुइ, क्याथोडया लिक्क फर्मिक एसिडया मात्रा अप्वइ व क्याथोडया पीएच एसिडिक जुइ। अतः, तःग्वःगु एईएम झिल्लीया लिच्वः कथं अप्व ओमिक नोक्सानी जुइगु जूसां क्याथोडय् फर्मिक एसिडया ब्याक डिफ्युजनयात पनेगु व एफई फर्मिक एसिड प्रणालीया उच्च शुद्धतायात अप्वयेकेत थ्व मेम्ब्रेन महत्वपूर्ण जुइ। अन्तय्, एईएमया थिकेगु ८० μm तक्क अप्वयेकेबलय् <२ V य् फर्मिक एसिडया निंतिं FE >७५% व २५ cm२ कोष क्षेत्रया निंतिं ३०० mA/cm2 दत।
थ्व पीईसीएमय् आधारित आर्किटेक्चरया स्थायित्व परीक्षण यायेत ब्याट्रीया करेन्ट २०० एमए/सेमी२ ५५ घण्टा तक्क तयातःगु ख। मुक्कं लिच्वः किपा ४ य् क्यनातःगु दु, न्हापांगु ३ घौया लिच्वः किपा एस३ य् हाइलाइट यानातःगु दु । Pt/C एनोडिक उत्प्रेरक छ्यलेबलय् न्हापांगु ३० मिनेटया दुने सेल भोल्टेज तसकं अप्वइ (चित्र S3a)। ताः ई तक्क सेल भोल्टेज लगभग स्थिर जुयाच्वनि, गुकिलिं ०.६ एमभी/घण्टाया अपघटन दर प्रदान याइ (चित्र ४क)। परीक्षणया शुरुइ एनोडय् मुंकूगु फर्मिक एसिडया पीभी ७६.५% व क्याथोडय् मुंकूगु हाइड्रोजनया पीभी १९.२% खने दु। न्हापांगु घौछिया परीक्षण लिपा हाइड्रोजन एफई १३.८% तक कुहां वःगुलिं फर्मेट चयनात्मकताय् सुधार जूगु संकेत बिउगु दु । तर थ्व प्रणालीइ फर्मिक एसिडया अक्सिडेसन दर १ घण्टाय् ६२.७% तक्क कुहां वन, व एनोडिक फर्मिक एसिडया अक्सिडेसन दर परीक्षणया शुरुइ लगभग शून्यं १७.०% तक्क अप्वल। वयां लिपा एच २, सीओ, फर्मिक एसिडया एफई व फर्मिक एसिडया एनोडिक अक्सिडेसनया दर प्रयोगया झ्वलय् स्थिर जुयाच्वन । न्हापांगु घौछिया दुने फर्मिक एसिड अक्सिडेसन अप्वइगुया कारण पीसीईएम/एईएम इन्टरफेसय् फर्मिक एसिड मुंकेगु जुइफु। फर्मिक एसिडया एकाग्रता अप्वया वनेवं थ्व मेम्ब्रेनया छेदं पिहां वइगु जक्क मखु, एफईएम स्वया हे डिफ्युज जुया Pt/C एनोड लेयरय् दुहां वनि। फर्मिक एसिड ६०° सेल्सियसय् तरल पदार्थ जुइगुलिं थुकिया संचयं मास ट्रान्सफरया समस्या जुइफु व हाइड्रोजन स्वया अक्सिडेसनयात प्राथमिकता बीफु।
a सेल भोल्टेज भर्सस टाइम (२०० एमए/सेमी२, ६० डिग्री सेल्सियस)। इन्सेटं छेद दुगु ईएम नापं एमईएया क्रस-सेक्सनया अप्टिकल माइक्रोस्कोपया किपा क्यनि। स्केल बार : ३०० माइक्रोमिटर । b Pt/C एनोड छ्यला २०० mA/cm2 य् ईया फन्क्सनया रुपय् PE व फर्मिक एसिडया शुद्धता।
तयारीया इलय् परीक्षणया शुरुइ (बीओटी) व परीक्षणया अन्तय् (ईओटी) ५५ घण्टा स्थिरता परीक्षण लिपा नमूनाया आकृति विज्ञानयात नैनो-एक्स-रे कम्प्युटेड टोमोग्राफी (नानो-सीटी) छ्यला विशेषता बियातःगु दु, गुगु चित्र ५ कय् क्यनातःगु दु । ईओटी नमूनाय् बीओटीया निंतिं ९३० एनएमया तुलनाय् १२०७ एनएम व्यास दूगु उत्प्रेरक कण आकार अप्व जुइ। हाई-एङ्गल एनुलर डार्क-फिल्ड स्क्यानिङ ट्रान्समिसन इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोपी (HAADF-STEM) इमेज व एनर्जी-डिस्पर्सिभ एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी (EDS)या लिच्वः चित्र ५ ख य् क्यनातःगु दु। बीओटी उत्प्रेरक तहलय् अप्व चिधंगु उत्प्रेरक कण नापं छुं तःधंगु एग्लोमेरेट दइ धाःसा ईओटी चरणय् उत्प्रेरक तहयात निगु बिस्कं क्षेत्रय् बायेछिं: छगू उल्लेखनीय तःधंगु ठोस कण दूगु व मेगु अप्व पोरस क्षेत्र दूगु। चिचीधंगु कणया ल्याः । ईडीएस इमेजं क्यनि कि तःधंगु ठोस कणय् बि, सम्भवतः धातुया बि, व पोरस क्षेत्रय् अक्सिजन यक्व दै। कोषयात २०० mA/cm2 य् संचालन यायेबलय् क्याथोडया नेगेटिभ पोतेन्सियलं Bi2O3 म्हो जुइ, गुकिया प्रमाण क्वय् चर्चा यानातःगु इन सिटु एक्स-रे एब्जर्भसन स्पेक्ट्रोस्कोपीया लिच्वःं बी। HAADF-STEM व EDS म्यापिङया लिच्वः कथं Bi2O3 य् रिडक्सन प्रक्रिया जुइ, गुकिलिं अक्सिजन मदया तःधंगु धातुया कणय् एग्लोमेरेट जुइ। बीओटी व ईओटी क्याथोडया एक्स-रे विवर्तन प्याटर्नं ईडीएस तथ्यांकया व्याख्यायात पुष्टि याइ (चित्र ५सी): बीओटी क्याथोडय् क्रिस्टलाइन Bi2O3 जक्क खने दु, व ईओटी क्याथोडय् क्रिस्टलाइन बाइमेटल खने दु। Bi2O3 क्याथोड उत्प्रेरकया अक्सिडेसन अवस्थाय् क्याथोड पोतेन्सियलया प्रभाव थुइकेत तापक्रमयात खुल्ला सर्किट पोतेन्सियल (+0.3 V vs RHE) निसें -1.5 V (vs RHE) तक्क हिलाबिल। थ्व खने दु कि Bi2O3 चरण RHE या सापेक्ष -0.85 V य् म्हो जुइगु शुरु जुइ, व स्पेक्ट्रमया किनारा क्षेत्रय् ह्याउँगु रेखाया तीव्रता म्हो जुल धाःसा धातु Bi -1.1 य् RHE या ९०% तक्क म्हो जुइगु संकेत बी। आरएचइ (चित्र ५घ) विरुद्ध वी. संयन्त्रया बावजूद, क्याथोडय् फर्मेटया समग्र चयनात्मकता मूलतः अपरिवर्तित जुइ, गुकियात एच२ व सीओ एफई व फर्मिक एसिड निर्माणं अनुमान याइ, क्याथोडया आकृति विज्ञान, उत्प्रेरक अक्सिडेसन अवस्था, व माइक्रोक्रिस्टलाइन संरचनाय् महत्त्वपूर्ण हिउपा वःसां।
a नैनो-एक्स-रे सीटी छ्यला प्राप्त उत्प्रेरक तहया स्वंगु आयामी संरचना व उत्प्रेरक कणया वितरण। स्केल बार : १० माइक्रोमिटर । ख शीर्ष २: बीओटी व ईओटी उत्प्रेरकया क्याथोड तहया एचएएडीएफ-स्टेम छवि। स्केल बार : १ माइक्रोमिटर । क्वय् २: ईओटी उत्प्रेरकया क्याथोड तहया तःधंगु एचएडीएफ-स्टेम व ईडीएक्स किपा। स्केल बार : १०० एनएम । सि बिओटि व इओटि क्याथोड नमूनाया एक्सरे विवर्तन स्वरुप । d विभवया फन्क्सनया रुपय् ०.१ एम KOH य् Bi2O3 इलेक्ट्रोडया इन सिटु एक्स-रे अवशोषण स्पेक्ट्रा (०.८ V निसें -१.५ V vs RHE)।
फर्मिक एसिड अक्सिडेसनयात निरोध यानाः ऊर्जा दक्षता अप्वयेकेगु छु छु अवसरत दु धकाः सीकेत भोल्टेज क्षतिया योगदानयात म्हसीकेत एच २ रेफरेन्स इलेक्ट्रोड छ्यःगु खः39 । ५०० mA/cm2 स्वया म्हो वर्तमान घनत्वय् क्याथोड पोटेंशियल -१.२५ V स्वया म्हो जुयाच्वनि।एनोडिक पोटेंशियल निगु मू भागय् बायातःगु दु: विनिमय वर्तमान घनत्व HOR व सैद्धान्तिक ओभरभोल्टेज HOR ४० न्हापा मापेयाःगु equomer-V या निंतिं अनुमानित due equolmer- एसिड। एचओआर४१या तुलनाय् यक्व धीमेगु रिएक्सन काइनेटिक्सया कारणं एनोडय् फर्मिक एसिड अक्सिडेसन रिएक्सनया म्हो दरं एनोडिक पोतेन्सियलय् यक्व वृद्धि जुइफु। लिच्वःकथं फर्मिक एसिड एनोडिक अक्सिडेसनयात पूवंक निरोध यायेबलय् थ्यंमथ्यं ५०० एमभी ओभरभोल्टेज मदयेके फइ ।
थ्व अनुमानया परीक्षण यायेत एनोड इनलेटय् डिआयोनाइज्ड लः (DI)या प्रवाह दरयात फरक फरक यानाः अपशिष्ट फर्मिक एसिडया एकाग्रता म्हो याःगु खः । चित्र ६ख व गय् २०० एमए/सेमी२य् एनोडय् डीआई फ्लक्सया फन्क्सनया रुपय् एफई, फर्मिक एसिडया एकाग्रता, व सेल भोल्टेज क्यनातःगु दु। डिआयोनाइज्ड लःया प्रवाह दर ३.३ एमएल/मिनेटं २५ एमएल/मिनेटय् अप्वयेवं एनोडय् फर्मिक एसिडया मात्रा ०.२७ मोल/एलं ०.०८ मोल/एलय् म्हो जुल। तुलनाय्, सिया एट अलं प्रस्तावित स्यान्डविच संरचना छ्यला। ३० २०० एमए/सेमी२ य् १.८ मोल/एलया फर्मिक एसिडया एकाग्रता प्राप्त जूगु खः । एकाग्रता म्हो यायेबलय् फर्मिक एसिडया समग्र एफई बांलाना वइ व फर्मिक एसिडया ब्याक डिफ्युजन म्हो जुइगुलिं क्याथोडया पीएच अप्व क्षारीय जुइगुलिं एच२या एफई म्हो जुइ। अधिकतम DI प्रवाहय् म्हो जूगु फर्मिक एसिडया एकाग्रतां नं फर्मिक एसिड अक्सिडेसनयात भर्चुअल रुपं मदयेकल, गुकिया लिच्वः कथं २०० mA/cm2 य् कुल सेल भोल्टेज १.७ V स्वया भचा म्हो जुइ। ब्याट्रीया तापक्रमं नं दक्वं ज्यायात लिच्वः लाकी, अले लिच्वःयात किपा एस १० स क्यनातःगु दु । अथे जुसां पीसीईएम-आधारित आर्किटेक्चरं फर्मिक एसिड अक्सिडेसनयात पनेगु ज्याय् उल्लेखनीय सुधार यायेफु, चाहे फर्मिक एसिडपाखे सुधारित हाइड्रोजन चयनात्मकता दूगु एनोडिक उत्प्रेरकया छ्येलेज्याया माध्यमं जुइमा वा उपकरण संचालनया माध्यमं जुइमा।
a ६० °C, Pt/C एनोड व ८० μm AEM य् संचालन जुइगु सेल रेफरेन्स H2 इलेक्ट्रोड छ्यला सेल भोल्टेज ब्रेकडाउन। ख एनोडिक डिआयोनाइज्ड लःया थीथी प्रवाह दर छ्यला २०० एमए/सेमी२ य् संकलन याःगु एफई व फर्मिक एसिडया एकाग्रता। c एनोडं थी-थी एकाग्रताय् फर्मिक एसिड मुंकेबलय् सेल भोल्टेज २०० mA/cm2 जुइ। इरर बारं स्वंगू थी थी मापनया मानक विचलनयात प्रतिनिधित्व याइ । घ राष्ट्रिय औद्योगिक औसत विद्युत मू ०.०६८ अमेरिकी डलर/किलोवाट व ४.५ अमेरिकी डलर/किलो हाइड्रोजन छ्यला थीथी डिआयोनाइज्ड लःया प्रवाह दरय् प्रदर्शन कथं विभाजित न्यूनतम बिक्री मू । (*: एनोडय् फर्मिक एसिडया न्यूनतम अक्सिडेसन अवस्था १० एम एफए, राष्ट्रिय औसत औद्योगिक विद्युत मू $०.०६८/किलोवाट, व हाइड्रोजन $४.५/किलो जुइगु अनुमान याइ। **: न्यूनतम अक्सिडेसन अवस्था एनोड फर्मिक एसिडया न्यूनतम अक्सिडेसन अवस्था माने याइ। एनोडय् एफएया एकाग्रता futured फर्मिक एसिड, एमएलेक्ट ३ खः। $०.०३/kWh, व डट लाइनं ८५ wt% FA या बजाः मू क्यनि।
चित्र ५घय् क्यनातःकथं संचालनया छगू दायराय् इन्धन एसेम्बलीया न्यूनतम विक्री मू प्राप्त यायेत प्राविधिक आर्थिक विश्लेषण (टीईए) याःगु खः । टिइएया निंतिं बिधि व पृष्ठभूमि डाटा एसआइइ लुइके फै । एनोड एक्जस्तय् एलसीया एकाग्रता अप्व जुइबलय् सेल भोल्टेज अप्व जूसां नं पृथक्करण लागत म्हो जुइगुलिं इन्धन एसेम्बलीया समग्र लागत म्हो जुइ। यदि उत्प्रेरक विकास वा इलेक्ट्रोड प्रविधिया माध्यमं फर्मिक एसिडया एनोडिक अक्सिडेसनयात म्हो यायेफत धाःसा कम सेल भोल्टेज (१.६६ V) व अपशिष्टय् अप्व एफए एकाग्रता (१० M)या संयोजनं इलेक्ट्रोकेमिकल एफए उत्पादनया लागत ०.७४ अमेरिकी डलर/किलो (विद्युतया आधारय्) तक्क म्हो जुइ। मू) $०.०६८/किलोवाट व $४.५/केजी हाइड्रोजन४२ । अझ नवीकरणीय विद्युतया अनुमानित भविष्य लागत ०.०३ डलर/किलोवाट व २.३ डलर प्रतिकिलो हाइड्रोजनलिसे स्वानाः स्वयेबलय् एफएया फोहर लःया लक्ष्य १३ लखय् म्हो जुइ, गुकिया लिच्वः कथं अन्तिम अनुमानित उत्पादन लागत ०.६६ अमेरिकी डलर/किलो ४३ जुइ । थ्व आःया बजार भाःलिसे दाना स्वये ज्यू । थुकथं, इलेक्ट्रोड सामग्री व संरचनाय् केन्द्रित भविष्यया कुतःया कारणं एनोडाइजेसनयात अझ म्हो यायेफइ धाःसा म्हो सेल भोल्टेजय् संचालन यायेत अप्व एलसी एकाग्रता उत्पादन यायेत अनुमति बीफइ।
सारांशय्, जिमिसं सीओ २यात फर्मिक एसिडय् म्हो यायेगु निंतिं यक्व शून्य-अन्तराल एमईए संरचनाया अध्ययन यानागु दु व लिच्वःया फर्मिक एसिडया निंतिं मेम्ब्रेन मास ट्रान्सफर इन्टरफेसयात सहज यायेत छेदित क्याटियन एक्सचेन्ज मेम्ब्रेन (पीईसीएम) नापं छगू समग्र फर्वार्ड-बायस्ड बाइपोलर मेम्ब्रेन दूगु संरचना प्रस्ताव यानागु दु। । थ्व कन्फिगरेसनं ०.२५ एम तक्कया एकाग्रताय् (३.३ एमएल/मिनेटया एनोड डिआइ फ्लो रेटय्) >९६% फर्मिक एसिड दयेकि। उच्च DI प्रवाह दरय् (२५ mL/min) थ्व कन्फिगरेसनं २५ cm2 सेल क्षेत्र छ्येला १.७ V य् २०० mA/cm2 या >८०% FE करेन्ट डेन्सिटी प्रदान याइ। मध्यम एनोडिक डीआई दर (१० एमएल/मिनेट)य् पीईसीएम कन्फिगरेसनं २०० एमए/सेमी२य् ५५ घौ परीक्षणया निंतिं स्थिर भोल्टेज व उच्च फर्मिक एसिड एफई स्तर कायम याःगु दु। व्यावसायिक रुपय् उपलब्ध उत्प्रेरक व बहुलक झिल्ली पदार्थं प्राप्त याइगु उच्च स्थिरता व चयनात्मकतायात अनुकूलित इलेक्ट्रोकेटालिस्टनाप संयोजन याना अझ अप्वयेकेछिं। लिपाया ज्याय् अपरेटिङ अवस्था, एनोड उत्प्रेरक चयनात्मकता, व फर्मिक एसिड अक्सिडेसन म्हो यायेत एमईए संरचना समायोजन यायेगुलि केन्द्रित जुइ, गुकिया लिच्वः कथं म्हो सेल भोल्टेजय् अप्व केन्द्रित अपशिष्ट जुइ। थन न्ह्यब्वयातःगु फर्मिक एसिडया निंतिं कार्बन डाइअक्साइड छ्येलेगु सरल दृष्टिकोणं एनोलाइट व क्याथोलाइट च्याम्बर, स्यान्डविच कम्पोनेन्त, व विशेष सामग्रीया आवश्यकता मदयेकी, गुकिलिं कोष ऊर्जा दक्षता अप्वइ व प्रणालीया जटिलता म्हो जुइ, गुकिलिं स्केल अप यायेत अःपुइ। प्रस्तावित विन्यासं प्राविधिक व आर्थिक रुपं व्यवहारिक सीओ २ रुपान्तरण संयन्त्रया भविष्यया विकासया निंतिं छगू दबू प्रदान याइ ।
मेकथं न्ह्यथनामतले, दक्वं रासायनिक ग्रेडया सामान व विलायक प्राप्त जूगु कथं छ्यःगु खः । बिस्मुथ अक्साइड उत्प्रेरक (Bi2O3, ८० एनएम) युएस रिसर्च नैनोमटेरियल्स, इन्कपाखें न्याःगु खःसा पोलिमर पाउडर (AP1-CNN8-00-X) आइओनोएमआरं उपलब्ध याकूगु खः । ओम्निसोल्भ® ब्राण्ड एन-प्रोपानोल (nPA) व अल्ट्राप्योर लः (१८.२ Ω, मिलि–क्यू® एडभान्टेज ए १० लः शुद्धिकरण प्रणाली) मिलिपोर सिग्मापाखें न्याःगु खः । एसीएस प्रमाणित मेथनोल व एसिटोन क्रमशः भिडब्लुआर केमिकल्स बीडीएच® व फिशर केमिकल्सपाखें न्यायेगु याइ । पोलिमर पाउडरयात एसिटोन व मेथनोलया मिश्रणं १:१ तौलया अनुपातय् ल्वाकछ्यानाः ६.५ wt.% एकाग्रता दूगु पोलिमर डिस्पर्सन प्राप्त याःगु खः । ३० एमएल जारय् २० ग्राम Bi2O3, अल्ट्राप्योर लः, nPA व आयनोमर डिस्पर्सन ल्वाकछ्यानाः उत्प्रेरक मसि तयार या । थ्व संरचनाय् ३० wt.% उत्प्रेरक, आयनोमर व उत्प्रेरकया मास रेसियो ०.०२ व अल्कोहल व लःया मास रेसियो २:३ (४० wt.% nPA) दइ। मिक्स याये न्ह्यः ७० ग्राम ग्लेन मिल्स ५ एमएम जिर्कोनिया ग्राइन्डिङ मटेरियल मिक्सरय् तयाबिल । २६ घौतक ८० आरपिएमय् फिशरब्रान्ड टिएम डिजिटल बोतल रोलरय् नमूना तःगु खः । मसि तये न्ह्यः २० मिनेट च्वनेब्यु । २२° सेल्सियसय् १/२′′ x १६′′ प्रयोगशाला तारघाः रिफिल (आरडी स्पेशलिटीज – ६० मिल व्यास) छ्यला क्वालटेक अटोमेटिक एप्लिकेटर (QPI-AFA6800)य् Bi2O3 मसि तःगु खः । ५ एमएल उत्प्रेरक मसि ७.५ x ८ इन्चया सिग्रासेट ३९ बीबी कार्बन ग्यास डिफ्युजन क्यारियर (फ्युल सेल भण्डारण)य् ५५ मिमी/सेकेण्डया निश्चित औसत गतिइ रड डिपोजिसन यानाः तःगु ख। थुगु लेपित इलेक्ट्रोडयात ओभनय् यंकि अले ८० डिग्री सेल्सियसय् गंकि । रड कोटिङ्ग प्रक्रिया व जिडिइ कोटिङ्गया किपा किपा एस४ए व बिइ क्यनातःगु दु । छगू एक्स-रे फ्लोरोसेन्स (एक्सआरएफ) उपकरण (फिशरस्कोप® एक्सडीभी-एसडीडी, फिशर-टेक्नोल्जी इन्क अमेरिका)ं लेपित जीडीई लोडिंग ३.० एमजी Bi2O3/cm2 जूगु पुष्टि याःगु दु ।
एनआयन एक्सचेन्ज मेम्ब्रेन (एइएम) व पर्फोरेटेड सिइएम दुगु कम्पोजिट मेम्ब्रेन कन्फिगरेसनया निंतिं । सीईएम तहया रुपय् १५ माइक्रोमिटरया नाममात्रया थिकेगु नाफियन एनसी७०० (चेमोर्स, अमेरिका) छ्यःगु खः । एनोडिक उत्प्रेरकयात ०.८३ आयनोमर व कार्बन अनुपात व २५ सेमि२ कभरेज क्षेत्र दूगु एफईएमय् प्रत्यक्ष रुपं स्प्रे याःगु ख। ०.२५ mg Pt/cm2 लोड दूगु तःधंगु सतह क्षेत्र (५० wt.% Pt/C, TEC १०E५०E, TANAKA मूल्यवान धातु) दूगु समर्थित प्लाटिनमयात एनोड उत्प्रेरकया रुपय् छ्यःगु ख। उत्प्रेरकया एनोड तहया निंतिं आयनोमरया रुपय् नाफियन डि२०२० (आयन पावर, अमेरिका) छ्यःगु खः । सिइएम फिल्मय् ३ एमएम दिपाःया दथुइ समानान्तर ध्वः त्वाथलाः सिइएम पर्फोरेशन याइ । छेद प्रक्रियाया विवरण किपा एस१२बि व सिइ क्यनातःगु दु । एक्स-रे कम्प्युटेड टोमोग्राफी छ्यला पर्फोरेशन ग्याप ३२.६ μm दूगु पुष्टि जुल, गुकियात चित्र S12d व e य् क्यनातःगु दु। सेल एसेम्बलीया झ्वलय् २५ cm2 टोरे पेपर (५ wt% PTFE ट्रीटमेन्ट, फ्युल सेल स्टोर, अमेरिका)य् उत्प्रेरक-लेपित छेदयुक्त सीईएम झिल्ली तःगु ख। सीईएमया क्वय् व अनंलि जीडीई क्याथोडय् २५, ४० वा ८० माइक्रोमिटर तःग्वःगु एईएम मेम्ब्रेन (PiperION, Versogen, USA) तःगु ख। एईएम मेम्ब्रेनयात ७.५ × ७.५ सेमि टुक्रा यानाः मुक्कं प्रवाह क्षेत्रयात त्वपुइगु व एसेम्बली याये न्ह्यः १ एम पोटासियम हाइड्रोक्साइड द्रावणय् चान्हय् त्वपुया तःगु ख। एनोड व क्याथोड निगुलिं पीटीएफई स्पेसर छ्येलि गुकिलिं १८%या इष्टतम जीडीई कम्प्रेसन प्राप्त यायेत पर्याप्त तःग्वःगु जुइ। ब्याट्री एसेम्बलि प्रक्रियाया विवरण किपा एस१२एय् क्यनातःगु दु ।
परीक्षणया झ्वलय् एसेम्बल यानातःगु कोषयात ६० °C (तापक्रम निर्भरता अध्ययनया निंतिं ३०, ६०, व ८० °C)य् एनोडय् ०.८ L/min हाइड्रोजन ग्यास व क्याथोडय् २ L/min कार्बन डाइअक्साइड आपूर्ति यानाः तयातःगु ख। एनोडिक व क्याथोडिक निगुलिं वायु धारा १००% सापेक्षिक आर्द्रता व २५९ केपीए निरपेक्ष क्याथोडिक दाबय् आर्द्रित जुल। संचालनया झ्वलय् क्याथोड उत्प्रेरक बेड व आयनिक चालनया उपयोगयात प्रवर्द्धन यायेत क्याथोड ग्यास स्ट्रिमयात २ एमएल/मिनेटया दरं १ एम केओएच द्रावणनाप ल्वाकछ्याना बिल। एनोड ग्यासया छगू धारयात १० एमएल/मिनेटया दरं डिआयोनाइज्ड लःनाप ल्वाकछ्यानाः एनोडय् च्वंगु फर्मिक एसिड लिकायेगु या। डिभाइस इनपुट व आउटपुटया विवरण किपा एस५ स क्यनातःगु दु । क्याथोडया एक्जस्ट ग्यासय् सिओ २ दइ अले सिओ व एच२ पिकाइ । लःया बाफयात कन्डेन्सर (२° सेल्सियसय् म्ह्व तापक्रमया हिट एक्सचेन्जर)या माध्यमं लिकाइ। ग्याँस ई विश्लेषणया निंतिं ल्यं दुगु ग्यास मुंकी । तरल पदार्थयात ग्यासपाखें अलग यायेत एनोड प्रवाह नं कन्डेन्सर जुयाः वनी । फोहर लःयात सफा शीशीइ मुंकाः तरल क्रोनोमेट्री छ्यला विश्लेषण यानाः उत्पादित फर्मिक एसिडया परिमाण यायेगु जुइ । इलेक्ट्रोकेमिकल परीक्षण गार्मी पोटेन्सिओस्ट्याट (सन्दर्भ ल्याः ३०के, गामरी, अमेरिका) छ्यला याःगु ख। ध्रुवीकरण वक्र मापे याये न्ह्यः कोषयात २.५ एमए/सेमी२ स्क्यान रेट दूगु रेखीय भोल्टमेट्री छ्यला ० निसें २५० एमए/सेमी२ तक्कया दायराय् ४ क्व: कन्डिसन यानातःगु ख। क्याथोड ग्यास व एनोलाइट तरल पदार्थया नमूना काये न्ह्यः कोषयात ४ मिनेट तक्क निश्चित करेन्ट डेन्सिटीइ तया ग्याल्भानोस्टेटिक मोडय् ध्रुवीकरण वक्र प्राप्त याःगु ख।
क्याथोड व एनोडिक पोटेंशियलयात अलग यायेत जिमिसं एमइएय् हाइड्रोजन रेफरेन्स इलेक्ट्रोड छ्यला । रेफरेन्स इलेक्ट्रोडया संरचना किपा एस६एय् क्यनातःगु दु । एमईए मेम्ब्रेन व रेफरेन्स इलेक्ट्रोड स्वायेत आयनिक पुलया रुपय् नाफियन मेम्ब्रेन (नाफियन २११, आयनपावर, अमेरिका) छ्यःगु ख। नाफिओन स्ट्रिपया छगू सिथय् १ सेमि२ ग्यास डिफ्युजन इलेक्ट्रोड (जीडीई) नाप स्वानाः २९बीसी कार्बन पेपर (फ्यूल युएसए स्टोल)य् ०.२५ एमजी पीटी/सेमी२ (५० डब्लुटी% पीटी/सी, टीईसी१०ई५०ई, टानाका प्रिसियस मेटल्स) लोड यानातःगु खः । ). विशेष पोलिइथेरथेरकेटोन (PEEK) हार्डवेयर ग्यास सील यायेत व जीडीई व नाफियन स्ट्रिप दथुइ बांलाःगु सम्पर्क सुनिश्चित यायेत, व रेफरेन्स इलेक्ट्रोडयात फ्युल सेल हार्डवेयरय् स्वायेत छ्यलिगु या। नाफिओन स्ट्रिपया मेगु छ्याकः सिइएम ब्याट्रीया पिहां वःगु किनारालिसे स्वानाच्वंगु दु । किपा एस६बिं एमइएलिसे एकीकृत रेफरेन्स इलेक्ट्रोडया क्रस सेक्सन क्यनी ।
एक्जस्ट ग्यास कन्डेन्सर व ग्यास-लिक्विड सेपरेटरं वनेधुंका क्याथोडं ग्यासया नमूना काइ। संकलन जूगु ग्यासयात ४९०० माइक्रो जीसी (१० माइक्रोमिटर मोलेक्युलर सिभ, एजिलेन्ट) छ्यला कम्ती नं स्वकः विश्लेषण याःगु खः । नमूना निष्क्रिय ई (३० सेकेण्ड)या निंतिं निष्क्रिय मल्टि-लेयर एल्युमिनियम फोइल ग्यास नमूना झोला सुपेल TM (सिग्मा-एल्ड्रिच)य् संकलन यानाः संकलन याःगु निघौया दुने माइक्रोग्यास क्रोमेटोग्राफय् म्यानुअली दुथ्याकूगु खः । इन्जेक्सनया तापक्रम ११० डिग्री सेल्सियसय् सेट यात । कार्बन मोनोक्साइड (CO) व हाइड्रोजन (H2)यात आर्गन (म्याथेसन ग्यास-म्याथेसन प्युरिटी)यात वाहक ग्यासया रुपय् छ्यला क्वकाःगु (१०५ °C) दबावयुक्त (२८ psi) १० m MS5A स्तम्भय् अलग याःगु ख। थुगु स्वापूयात बिल्ट इन थर्मल कन्डक्टिभिटी डिटेक्टर (टिसिडि) छ्यलाः लुइकी । जिसि क्रोमेटोग्राम व सिओ व एच२ क्यालिब्रेशन कर्भ किपा एस७ स क्यनातःगु दु । एनोडं छगू निश्चित ई (१२० सेकेण्ड)या निंतिं तरल फर्मिक एसिडया नमूना संकलन यानाः ०.२२ μm PTFE सिरिन्ज फिल्टर छ्यला २ mL शीशीइ फिल्टर यानातःगु खः । शीशीइ दूगु तरल उत्पादनया विश्लेषण एजिलेन्ट १२६० इन्फिनिटी II बायोइनर्ट हाई-परफर्मेन्स लिक्विड क्रोमेटोग्राफी (एचपीएलसी) प्रणाली छ्यला याःगु ख, गुकिलि २० μl नमूना ४ एमएम सल्फ्यूरिक एसिड (एच२एसओ४)या मोबाइल फेज दूगु अटोस्याम्पलर (जी५६६८ए)या माध्यमं इन्जेक्सन याःगु ख। ) ०.६ एमएल/मिनेटया प्रवाह दरय् (क्वाटरनरी पम्प जि५६५४ए)। उत्पादनयात माइक्रो-गार्ड क्याटियन एच गार्ड स्तम्भया न्ह्यःने तयातःगु (३५°C, स्तम्भ ओभन G7116A) अमिनेक्स HPX-87H 300 × 7.8 mm (बायो-रेड)य् अलग यानातःगु खः । डायोड एरे डिटेक्टर (डिएडि) छ्यलाः फर्मिक एसिड लुइकल । २१० एनएमया तरङ्ग दैर्ध्य व ४ एनएमया ब्यान्डविड्थय् । एचपिएल क्रोमेटोग्राम व फर्मिक एसिड स्टान्डर्ड क्यालिब्रेशन कर्भ किपा एस७ स क्यनातःगु दु ।
ग्याँस उत्पाद (CO व H2) FE क्वय् बियातःगु समीकरण छ्यला गणना याइ, व ग्यासया मुक्कं मोल आदर्श ग्यास समीकरण छ्यला गणना याइ:
उकी मध्ये : \({n}_{i}\): विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाय् इलेक्ट्रोनया ल्याः । \(F\): फैराडेया स्थिरांक। \({C}_{i}\): एचपीएलसी तरल उत्पादन एकाग्रता। \(V\): छगू क्वःछिनातःगु ई t या दुने मुंकातःगु तरल पदार्थया नमूनाया आयतन । \(जे\): वर्तमान घनत्व। \(A\): इलेक्ट्रोडया ज्यामितीय क्षेत्रफल (२५ cm2)। \(t\): नमूना ई अवधि। \(P\): निरपेक्ष दबाव। \({x}_{i}\): जिसिं निर्धारण याःगु ग्यासया मोल प्रतिशत । \(R\): ग्यास स्थिरांक। \(टि\): तापक्रम।
एनोडिक क्याटियनया एकाग्रतायात इन्डक्टिभली कपल्ड प्लाज्मा एटमिक इमिसन स्पेक्ट्रोस्कोपी (ICP-OES) छ्येला परिमाणित याःगु ख। एनोडय् लिच वा डिफ्युज जुइफुगु क्याटियनय् Ti, Pt, Bi व K ला।K बाहेक मेमेगु फुक्क क्याटियनत डिटेक्सन लिमिट स्वया म्हो खने दु। प्रोटोन बाय् मेगु क्याटियनलिसे ज्वःलाकेत एनोडयात त्वःताः द्रावणय् आयन दयेकी । उकिं, फर्मिक एसिडया शुद्धतायात थुकथं ल्याः खायेफै
फर्मेट/एफए उत्पादनं छगू विशेष एमईए कन्फिगरेसन छ्यला प्रति किलोवाट विद्युत खपत जुइगु एफएया मात्रायात प्रतिनिधित्व याइ, मोल/किलोवाटय्। थुकियात विशिष्ट संचालन अवस्थाय् करेन्ट डेन्सिटी, सेल भोल्टेज व फ्याराडे दक्षताया आधारय् गणना याइ ।
दक्वं मास ब्यालेन्सया लिधंसाय् एनोडय् अक्सिडाइज जूगु फर्मिक एसिडया मात्राया गणना या । क्याथोदय् स्वंगु प्रतिस्पर्धी प्रतिक्रिया जुइ: हाइड्रोजन विकास, CO2 यात CO य् हिलेगु, व CO2 यात फर्मिक एसिडय् हिलेगु। झीके एन्टोनय् फर्मिक एसिड अक्सिडेसन प्रक्रिया दुगुलिं फर्मिक एसिड एफईयात निगु भागय् बायेछिं: फर्मिक एसिड संकलन व फर्मिक एसिड अक्सिडेसन। दक्वं मास ब्यालेन्सयात थुकथं च्वयेफै :
जिमिसं एचपिएलसिं मुंकूगु फर्मिक एसिड, हाइड्रोजन व सिओया मात्रा मापन यायेत जिसि छ्यला । लुमंकेबहःजू, पूरक चित्र S5 य् क्यनातःगु सेटअप छ्यला एनोडं अप्वः फर्मिक एसिड संकलन याःगु खः । क्याथोड च्याम्बरं मुंकातःगु फर्मेटया मात्रा तुच्छ, करिब निगु अर्दया परिमाण म्हो, व एससीया कुल मात्राया ०.५% स्वया म्हो जुइ।
थन छ्यःगु निरन्तर यातायात मोडेल थुज्वःगु हे प्रणालिइ न्हापाया ज्याय् आधारित खः ३४ । इलेक्ट्रोनिक व आयनिक चालक चरणय् लःया एकाग्रता व इलेक्ट्रोस्ट्याटिक पोतेन्सियल निर्धारण यायेत पुआसन-नर्स्ट-प्लान्क (PNP) समीकरणया युग्मित प्रणाली छ्येलिगु या। अन्तर्निहित समीकरण व मोडेल ज्यामितिया विस्तृत अवलोकन एसआईइ बियातःगु दु।
थ्व प्रणालिं च्यागु जलीय पदार्थया एकाग्रता निर्धारण याइ (\({{{{{{\rm{C}}}}}}}{{{{{\rm{O}}}}}}}_{2 \rm{O}}}}}}}_{2 \बाँया ({{{{{\rm{\rm{Aq}^}}}}}\दायाँ)}\), \({{{\}}}{}}\दायाँ)}\), \({{{\}}}{ \ ({{{{\आरएम{ओ}}}}}}{{{{{{\आरएम{एच}}}}}}^{-}\), \({{{{{\आरएम{ एचसीओ}}}}}}}_{३}^{-}\), \({{{{\आरएम{सीओ}}}}}}_{{{{{{\}}}}_ ({{{{\आरएम{एचसीओओएच}}}}}}\), \({{\}{{{\आरएम{एचसीओओ}}}}}}}}^{- }\) व \({{{{{\आरएम{के}}}}}}^{+_}\)), आयनिक चालक चरणय् इलेक्ट्रोस्ट्याटिक विभव (\) क्याथोडिक इलेक्ट्रोन चालकता। चरणय् विद्युतस्ट्याटिक विभव (\({\phi }_{A}\) व \({\phi }_{C}\) क्रमशः)। बरु न स्थानीय विद्युत तटस्थता न चार्ज वितरण फंक्सनया साकार जुइ, अन्तरिक्ष चार्ज क्षेत्रयात पुआसनया समीकरण छ्येला प्रत्यक्ष रुपं हल याइ; थ्व दृष्टिकोणं झीत सीईएम|एईएम, सीईएम|पोर, व एईएम|पोर इन्टरफेसय् डोनान रिपुल्सन इफेक्टयात प्रत्यक्ष रुपं मोडेल यायेत अनुमति बी। नापं, उत्प्रेरकया एनोडिक व क्याथोडिक तहलय् चार्ज ट्रान्सपोर्टया वर्णन यायेत पोरस इलेक्ट्रोड सिद्धान्त (PET) छ्येलिगु या। च्वमितेगु ज्ञान कथं थ्व ज्यां यक्व अन्तरिक्ष चार्ज क्षेत्र दूगु प्रणालीइ पीईटीया न्हापांगु छ्येलेज्याया प्रतिनिधित्व याइ।
जीडीई बीओटी व ईओटी क्याथोड नमूनाया परीक्षण ८.० केभी एक्स-रे स्रोत, अवशोषण व वाइड फिल्ड मोड, व इमेज फ्युजन१ दूगु जेइस एक्सरेडिया ८०० अल्ट्रा छ्यला याःगु ख। -९०° निसें ९०° तक ५० सेकेण्डया एक्सपोजर ईया ९०१ किपा संकलन याःगु खः । ६४ एनएमया भोक्सेल साइज दुगु ब्याक प्रोजेक्सन फिल्टर छ्यलाः पुनःनिर्माण याःगु खः । विशेषकथं च्वयातःगु कोड छ्यलाः सेग्मेन्टेशन व पार्टिकल साइज वितरणया विश्लेषण याःगु खः ।
इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोपिक क्यारेक्टराइजेशनय् डायमण्ड चाकुं अल्ट्राथिन सेक्सनिङया तयारीइ इपोक्सी रेजिनय् परीक्षण एमईएयात एम्बेड यायेगु याइ। प्रत्येक एमइएया क्रस सेक्सनयात ५० निसें ७५ एनएमया ख्वातुइक चीकातःगु खः । स्क्यानिङ ट्रान्समिसन इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोपी (STEM) व एनर्जी-डिस्पर्सिभ एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी (EDS) मापनया निंतिं टालोस एफ२००एक्स ट्रान्समिसन इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोप (थर्मो फिसर साइन्टिफिक) छ्यःगु खः । थ्व माइक्रोस्कोपय् ४ गू विन्डोलेस एसडीडी डिटेक्टर दुगु ईडीएस सुपर–एक्स सिस्टम तयातःगु दुसा थ्व २०० केभीइ चले जुइ ।
४० केभी व ४० एमएय् संचालन जुइगु Ni-फिल्टर Cu Kα विकिरण दूगु ब्रुकर एडभान्स D8 पाउडर एक्स-रे विवर्तन मिटरय् पाउडर एक्स-रे विवर्तन प्याटर्न (PXRD) प्राप्त याःगु ख। स्क्यानिङया दायरा १०° निसें ६०° तक्क जुइ, स्टेप साइज ०.००५° जुइ, व डाटा एक्विजिसनया गति प्रति स्टेप १ सेकेण्ड जुइ।
Bi2O3 Bi L3 उत्प्रेरकया सिथय् च्वंगु RAS स्पेक्ट्रमयात छेँय् दयेकूगु कोष छ्यला पोटेंशियलया फन्क्सनया रुपय् मापन याःगु खः । Bi2O3 उत्प्रेरक आयनोमर मसि २६.१ mg Bi2O3 १५६.३ μL आयनोमर द्रावण (६.६८%) नाप ल्वाकछ्याना १ M KOH, लः (१५७ μL) व आइसोप्रोपाइल अल्कोहल (१०४ μL) नापं निष्प्रभावी याना आयनोमर मसि प्राप्त याःगु ख। उत्प्रेरक गुणांक ०.४ खः । ग्राफीन शीटय् आयताकार स्पट (१०×४ मिमी)य् Bi2O3 उत्प्रेरक लोडिंग ०.५ mg/cm2 मथ्यंतले मसि तयाबिल। ल्यं दुगु ग्राफीन शीटयात इलेक्ट्रोलाइटं थ्व थाय् यात अलग यायेत क्याप्टनं लेपित याइ। उत्प्रेरक-लेपित ग्राफीन शीट निगु पीटीएफईया दथुइ तया पेचं सेल बडी (पीईके)य् सुरक्षित यानातःगु ख, चित्र एस८। Hg/HgO (1 M NaOH) रेफरेन्स इलेक्ट्रोडया रुपय् ज्या याइ, व कार्बन पेपरं काउन्टर इलेक्ट्रोडया रुपय् ज्या याइ। Hg/HgO रेफरेन्स इलेक्ट्रोडयात हाइड्रोजन-संतृप्त ०.१ M KOH य् डुबेयाःगु प्लाटिनम तार छ्यला क्यालिब्रेट याना फुक्क मापिगु पोटेंशियलयात रिभर्सिबल हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड (RHE) स्केलय् हिलाबिल। ०.१ एम KOH य् डुबे यानातःगु Bi2O3/ग्राफीन शीट वर्किङ इलेक्ट्रोडया पोटेंशियलया अनुगमन यानाः एक्सआरडी स्पेक्ट्रा प्राप्त याःगु खः, गुकियात ३० °C तक्क तापयेकूगु खः । इलेक्ट्रोलाइट ब्याट्रीइ चाःहिली, इलेक्ट्रोलाइट इनलेट सेलया क्वय् व आउटलेट च्वय् दइ गुकिलिं बुलबुल दयावइबलय् इलेक्ट्रोलाइटं उत्प्रेरक तहनाप स्वापू तइ। ज्या यानाच्वंगु इलेक्ट्रोड पोटेंशियलयात नियन्त्रण यायेत सिएच इन्स्ट्रुमेन्ट ७६०इ पोटेन्सिओस्ट्याट छ्यःगु खः । पोटेंशियल क्रम छगू खुल्ला सर्किट पोटेंशियल ख: -१००, -२००, -३००, -४००, -५००, -८००, -८५०, -९००, -१०००, -११००, -१५०० व +७०० एमभी आरएचईया आधारय्। दक्वं आइआर पोटेंशियलयात समायोजन यायेधुंकल ।
बी एल ३ एज (बी मेटलया निंतिं ~१३४२४ ईभी) एक्स-रे एब्जर्भसन फाइन स्ट्रक्चर (एक्सएएफएस) स्पेक्ट्रोस्कोपी च्यानल १०-आईडी, एडभान्स फोतोन सोर्स (एपीएस), आर्गोन नेशनल फ्लोरोसेन्स प्रयोगशालाय् याःगु ख। राष्ट्रिय मोडेल मापन प्रयोगशाला। एक्स-रे ऊर्जायात ट्युन यायेत तरल नाइट्रोजनं ख्वाउँकातःगु निगु क्रिस्टल Si(111) मोनोक्रोमेतर छ्यःगु ख, व हार्मोनिक सामग्रीयात म्हो यायेत रोडियम-लेपित दर्पण छ्यःगु ख। स्क्यान ऊर्जा १३२०० निसें १४४०० eV तक्क भिन्न जुल, व फिल्टर वा सोलर स्लिट मदयेक ५ × ५ सिलिकोन पिन डायोड एरे छ्येला फ्लोरोसेन्स मापन यात। निगुगु डेरिभेटिभया शून्य क्रसिङ्ग ऊर्जायात Pt फोइलया L2 किनारा जुया १३२७१.९० eV य् क्यालिब्रेट याइ। इलेक्ट्रोकेमिकल सेलया तःधिकःगुलिं सन्दर्भ मापदण्डया स्पेक्ट्रमयात छक्वलं मापे यायेगु सम्भव मजू । थुकथं, प्रयोगया दथुइ बारम्बार मापनया आधारय् घटना एक्स-रे ऊर्जाय् गणना यानातःगु स्क्यान-टु-स्क्यान हिउपा ±०.०१५ eV जुइ। Bi2O3 तहया तःधिकःगुलिं छुं हद तक फ्लोरोसेन्सया आत्म-अवशोषण जुइ; इलेक्ट्रोडं इन्सिडेन्ट बीम व डिटेक्टरया सापेक्ष छगू निश्चित अभिमुखीकरण कायम याइ, गुकिलिं सकल स्क्यानयात भर्चुअल रुपं समान याइ। एथेना सफ्टवेयर (भर्सन ०.९.२६)या रेखीय संयोजन फिटिङ एल्गोरिदम छ्यला Bi व Bi2O3 मापदण्डया XANES क्षेत्रनाप तुलना याना बिस्मुथया अक्सिडेसन अवस्था व रासायनिक रुप निर्धारण यायेत नियर-फिल्ड XAFS स्पेक्ट्रम छ्यःगु ख। कोड इफेफिट ४४ पाखें ।
थ्व च्वसुइ दुगु तथ्यांक व थ्व अध्ययनया मेमेगु निष्कर्षयात समर्थन याइगु तथ्यांक उचित इनाप याःसा सम्बन्धित च्वमिपाखें उपलब्ध जुइ ।
क्रैंडल बीएस, ब्रिक्स टी, वेबर आरएस व जिओ एफ हरित मीडिया आपूर्ति श्रृंखला एच 2 के प्राविधिक-आर्थिक मूल्यांकन. ऊर्जा इन्धन ३७, १४४१–१४५० (२०२३)।
युनास एम, रेजाकाजेमी एम, अरबाब एमएस, शाह जे व रहमान वी ग्रीन हाइड्रोजन भण्डारण व वितरण: अत्यधिक सक्रिय समरूप व विषम उत्प्रेरक का उपयोग कर फॉर्मिक एसिड का डिहाइड्रोजेनेशन। अन्तर्राष्ट्रियता । जे गिड्रोग. ऊर्जा ४७, ११६९४–११७२४ (२०२२)।
नी, आर एट अल. विषम संक्रमण धातु उत्प्रेरकय् फर्मिक एसिडया उत्प्रेरक हस्तांतरण हाइड्रोजेनेसनय् लिपांगु प्रगति। एकेएस क्याटलग। ११, १०७१–१०९५ (२०२१)।
रहिमी, ए, उल्ब्रिच, ए, कुहन, जेजे, व स्टाहल, एसएस फॉर्मिक एसिड-प्रेरित अक्सिडाइज लिग्निन का सुगन्धित यौगिकों के डिपोलिमराइजेशन। प्रकृति ५१५, २४९–२५२ (२०१४)।
शुलर ई एट अल. फर्मिक एसिडं सिओ २ छ्यलेगु निंतिं मू दथुइ ज्या याइ । वाउँ। रासायनिक। २४, ८२२७–८२५८ (२०२२)।
झोउ, एच एट अल. कार्बोहाइड्रेट व लिग्निनया सामग्रीया समग्र वृद्धिया निंतिं फ्लो-थ्रू फर्मिक एसिड छ्यला बायोमासया तीव्र गैर-विनाशकारी अंश (≤१५ मिनेट)। रसायन शास्त्र व रसायन शास्त्र १२, १२१३–१२२१ (२०१९)।
क्याल्वी, सीएच एट अल। अनुकूलनशील प्रयोगशाला विकासवादी सूचना इन्जिनियरिङ्ग छ्यलाः फर्मेटय् कुप्रियाभिडस नेकेटर एच १६ या वृद्धि अप्वयेकल । मेटाबोलाइट। ईन्जिनियर। ७५, ७८–९० (२०२३)।
इशाइ, ओ व लिन्डनर, एसएन गोन्जालेज डी ला क्रूज, जे, टेनेनबोइम, एच व बार-इवन, ए फॉर्मेट्स के जैव अर्थशास्त्र। आ। बिचा। रासायनिक। जीव विज्ञान। ३५, १–९ (२०१६)।