AZoM采访了Ezra Lee Clark，丹麦技术大学博士后研究助理，介绍了他在电催化方面的工作，以及他在hidden type B双薄层dram电池开发中发挥的作用。
电催化提纯是减少二氧化碳和在塑料和燃料生产中使用可再生能源的关键。一种新的设备，B型dem单元，可能预示着这种改进。
随着对绿色和可再生能源的日益依赖降低了电力成本，化工和燃料行业继续依赖不可再生能源。
这种依赖促使研究人员研究如何利用更便宜的电力和更常见的材料，如氧气、氮气和二氧化碳，来制造有用的产品，如塑料和燃料。亚博网站下载
该领域的一个关键研究领域是在相对较低的温度和其他常见条件下，将二氧化碳电化学转化为塑料、燃料和有价值的化学品。
这个过程需要大量的能量，但是电催化可以用来降低反应发生的电势水平。了解反应机理，识别产物，对提高电催化性能具有重要意义。
一种被称为隐藏型B -双薄层dem单元是伯克利实验室与丹麦技术大学的埃兹拉·李·克拉克博士合作开发的。通过优化电极结构、电解液流动和膜位置，促进电化学反应分析。
您能解释一下您的背景以及它是如何引导您研究电催化CO的吗2减少?
大约在2009年，我还是一名本科生。我想在我的职业生涯中做一些对环境有积极影响的事情，所以我开始在一个能源转换实验室工作。
我最初的工作是研究反应堆，CVD反应堆和建造纳米材料，包括硬币电池，袋电池和锂离子电池，它们将用于能量转换和存储设备。亚博网站下载我也开始制造电化学装置，通过水的分裂来产生氢。
基于我所做的工作，我们开始发表几篇论文，从那时起，我意识到研究是我的使命。
从那以后，我去了加州大学伯克利分校的研究生院，跟随亚历克斯·贝尔教授学习，他在多相催化领域非常有名。他有大约50年的经验;他是催化领域的领导者之一。
我是他第一个研究电化CO的学生2减少。我们的项目是作为人工光合作用联合中心的一部分进行研究，这是能源部的能源创新中心。
美国政府已经拨出了一大笔资金，以便加州理工学院、伯克利和斯坦福能够共同努力，尝试解决这一挑战。我一直在研究CO2但我从2012年就开始了，因为这是我的毕业论文的题目。
图片来源:Hiden Analytical
什么是电催化一氧化碳2简而言之?
Electrocatalytic有限公司2还原本质上是一种化学过程，你可以利用电将二氧化碳直接转化为一种有用的化学物质。
它可以是任何多碳醇，比如乙醇，可以用作燃料，也可以是醛或羧酸，我们可以直接用于化学工业的东西。
这是一种利用电力的方法，最好是从可再生资源，如太阳能电池或风力涡轮机，并利用这些电力回收CO2．
更广泛的采用电催化CO会产生什么效果2减少对环境的影响?
如果我们能将这项技术应用于一氧化碳的重要来源2(水泥制造、发电厂等)，我们可以看到二氧化碳的显著减少2排放。
我希望有一天，我们能够将这项技术与更广泛地使用可再生电力以及其他捕获和减少CO的策略结合起来2．
通过这种方式，我们有望实现收支平衡，不再增加CO的含量2并稳定了环境。
图片来源:Shutterstock.com/Pasko Maksim
你能解释一下你在隐藏型B型双薄层dem单元的开发中所起的作用吗?
当我第一次加入亚历克斯·贝尔在伯克利的研究小组时，我们的第一项任务是开发一种分析工具，使我们能够以非常快速的方式进行实验，并确定这种电化学一氧化碳产生了什么样的化学物质或燃料2还原过程。
实现这一目标的方法是使用一种叫做微分电化学质谱法(简称dem)的技术。本质上，这种技术需要一个电化学电池和一个质谱仪，并将两者与渗透蒸发膜连接起来。
这允许通过渗透散流地实时地收集电化学反应产物，例如乙醇，乙烯和醛。这个过程依赖于他们的波动性，但所有这些都是相当不稳定的。
由于这些产品可以实时收集，然后用质谱仪进行分析，研究人员可以快速地表征材料或表征其电化学过程中的产品。亚博网站下载
这是我的第一个项目,我的任务是开发一个接口方法质谱仪和电化电池,这样不仅会使电化学充分执行但这样质谱仪将产生快速的反馈,这样可以轻松地连接在一起。
我花了大约一年半到两年的时间来开发这项技术。
为什么现在电催化如此重要?
电催化现在非常重要，因为我们看到可再生电力的成本大幅降低。在过去的10到20年里，太阳能发电和风能发电的成本大幅下降——这些应用开始变得更加有利可图，并在实施中得到广泛应用。
这意味着现在的经济机遇不仅可以利用电力为我们的家庭和企业供电，还可以潜在地以一种前所未有的方式推动化学过程。
不仅如此，我们现在还知道，我们的工业活动和化石燃料的使用由于CO对环境产生了负面影响2相关的排放。
因此，我们不仅需要开发利用可再生电力的新方法，而且我们还需要开发使我们的社会摆脱对这些化石资源的依赖的方法，而电催化就是可以用来做到这一点的许多工具之一。
电催化作用这可能是最优雅的方法之一因为这是一个单一的过程，你从工业过程中获取电力和这些废物，你在一个步骤中，将它们结合起来生产有用的东西，同时减少排放到环境中的废物。
Hiden的这个装置如何帮助改善电催化?
例如，Hiden公司的设备可以用于更快速地筛选催化剂。
例如，如果您制作新材料并且您想了解它作为电压函数产生的产品，则使用常规技术可能需要一周的时间来准确地确定新材料的活动和选择性。给予过程。
然而，使用我开发的Hiden电池，我们可以快速扫描电压并实时记录反应产物通过连接电化学反应器和质谱仪。我们把时间从一个星期减少到一两个小时。
Hiden的设备还可以加速材料的发现，从而加快技术的发展，并将其应用到现实世界中。亚博网站下载
希望该设备也能用于生产线上的新工艺筛选。我们知道电化学一氧化碳2减量是可行的，但我们还能想到什么呢?我们还可以用可再生电子驱动哪些其他过程?
像这样的设备将是发现新化学的理想设备。它也可以用来理解反应的机制和它们是如何发生的。
通过了解反应是如何发生的，以及不同的反应物经过哪些步骤最终产生有用的产品，我们可以设计新的催化剂，使这些过程更积极、更有选择性。
图片来源:Hiden Analytical
B型dem单元与其他类似设备的区别是什么?
人们一直在尝试制造一种装置把电化学电池和质谱仪结合起来大概有四五十年了。然而，所有这些细胞都面临着不同的问题，问题和挑战，这取决于它们特定的几何形状。
最常见的挑战是同步电化学和产品检测，试图使它尽可能实时;研究人员将电极放在离渗透汽化膜非常近的地方，可能只有100微米。
这意味着产品可以相对快速地收集。我们可以动态地改变电压，并很快地通过质谱仪观察其对产品分布的影响。但问题是，电极和渗透蒸发膜之间极薄的电解质层电阻非常大。
高电阻是一个问题，但另一个问题是，当你进行电催化反应时，你想要阳极或电极，氧化发生的地方，和阴极平行，还原发生的地方。
这个薄薄的电解质层的问题是它没有给相反的电极留下空间。因此，这个相反的电极，一定在别的地方，它通常是连接在一边的某个地方。这意味着电极不是平行的——没有平行的势场。
这种平行势场的缺乏，加上高电阻，意味着电压作为电极表面位置的函数有相当大的变化。
这项技术的目标是知道什么时候施加给定的电压，产生了什么以及产生了什么样的速率。然而，当你在表面有一个可变的电压时，你并不能真正得到这些问题的答案。
当施加电压时，它在表面上不断变化。如果我们想施加一个给定的电压，这个电压只会施加在我们感应到电势的地方，在电极长度的其他地方会有一个不同的电压。
因此，很难建立电解质中催化剂、结构、电位或条件之间的关系。
因此，在设计细胞时，我想避免这个问题，同时保持非常快速的时间响应。在当时，直到今天，还没有一种设计能够利用平行势场和定量数据实现快速响应。
人们曾试图设计出能够快速响应的系统，并具有平行的势场，但他们牺牲了可量化性，当然，这也是非常重要的。因此，这是唯一可以量化的，快速的设计，我称之为，准确的。
精度和精度来自于平行势场。我们实现这一点的方法是设计一种独特的电极，形状有点像甜甜圈。这样我们就可以让电解液从电极中心流入。然后它会很容易地向外流动，并被直接输送到渗透蒸发膜。
这样做，我们可以使电极非常接近对电极。这使得我们有了平行的势场，快速的反应时间和可量化的所有反应产物，最终被产生在质谱仪中。
你还想谈谈这个设备的其他独特之处吗?
这个装置用途很广。除了有限公司2还原，它可以用于任何电化学反应，任何催化剂，它可以用于任何电解质条件下。使该装置如此独特的是，虽然它主要用于电化学CO2还原，它是非常通用的，可以用于许多不同的事情。
你认为这项技术的下一个目标是什么?你个人对哪些改进或突破感到兴奋?
我对未来使用这项技术感兴趣的主要事情之一是发现新型的化学物质，新型的由电子驱动的化学转化。我认为这种分析池是执行这类发现工作的理想选择，因为它比传统方法要快得多。
这种方法的另一个独特之处在于，你可以用质谱法来检测产品，这使得你可以做同位素研究。
我们可以加入不同的反应物，如果它们都有碳原子，但是我们用同位素标记碳原子和其中一个反应物，然后我们可以让这些反应物发生一些转换或偶联反应。
然后产品会进入质谱仪，它会被分解成许多不同的碎片。通过检测不同碎片的质量，我们可以准确地说出这两个分子是如何结合在一起的。
有了这些信息，你就可以开始理解这个过程，并将这些信息与其他技术的信息结合起来，比如振动光谱。通过这样做，你将了解原子是如何聚集在一起的，以及它们在表面上是如何成键的。有了这些知识，您就可以开始设计新的催化剂和新的流程。
在未来的5年到10年里，我想尝试了解我们还能进行哪些其他的化学反应?我们能否利用太阳能电池或风力涡轮机产生的可再生电子，将这些标准的传统化学过程转变成更环保、更可持续的方式?
我认为这项技术将会有很大的帮助，使我们能够更快地筛选和测试不同的化学物质。
然而，这项技术最未被充分利用的方面之一是利用同位素研究，试图准确了解分子是如何聚集在一起的。这是最主要的优点之一民主党的技术．
另一个重要的方面是能够理解催化剂的动态行为。使用传统的分析工具，您只能在10分钟的时间内探测正在生成的内容。
然而，如果我们分离潜能，例如，或做一些其他的动态变化，这可能产生非常有趣的提高催化速率。要做到这一点，你需要一个工具，可以量化在时间尺度上产生的电化学反应产物，等同于你所做的任何动态变化的时间尺度。
因此，如果你想做出动态的改变，你需要一个能给你实时反馈的工具，这就是这种技术的作用。在过去的两三年里，我们看到了一些有趣的工作，来自亚历克斯·贝尔的团队使用我们开发的工具，做着同样的事情。
你还会和其他B型dem单元的开发人员一起工作吗?
我将于2022年加入美国宾夕法尼亚州立大学担任助理教授。我很乐意继续与联合发明人亚历克斯合作。我们目前还没有任何继续合作的计划，但与Alex交谈总是很愉快，我也一直期待着这些讨论。
我对与Hiden Analytical合作也很感兴趣，因为他们是将这项技术商业化的人。
我想和他们一起继续发展这项技术，改进我们的设计，也许还会提出具有其他功能和独特功能的新设计。我们已经开始了这类对话，我期待着这些机会。
如果你能告诉公众一件关于电催化的事2还原及其更广泛的含义来捕捉他们的想象力，会是什么呢?
我真正想说的是，这项技术提供了一种获取一氧化碳的方法2将可再生电力转化为有用的化学物质，不仅可以使我们的能源基础设施脱碳，也可以使我们的化学工业脱碳。
因此，它有可能对我们的社会产生巨大的影响，希望它能抓住他们的想象力。
关于以斯拉·李·克拉克
埃兹拉·l·克拉克教授在肯塔基州的路易斯维尔出生并长大。他于2012年获得路易斯维尔大学化学工程学士学位。
在他的本科学习期间，Ezra在Mahendra K. Sunkara教授的指导下进行了研究，研究各向异性纳米材料在能量转换和存储应用中的功效，获得了Barry M. Goldwater奖学金和NASA本科亚博网站下载生研究奖学金的资助。完成本科学位后，以斯拉开始在加州大学伯克利分校攻读化学工程博士学位，最终于2018年获得博士学位。在他的博士研究期间，Ezra研究了CO的电催化作用2在Alexis T. Bell教授的指导下，由美国国家科学基金会研究生研究基金资助。以斯拉继续研究一氧化碳的电催化作用2他在丹麦技术大学担任博士后期间，在Ib Chorkendorff教授的指导下，获得了玛丽·居里博士后研究奖学金。埃兹拉将于2022年加入宾夕法尼亚州立大学化学工程系，在那里他将建立一个研究项目，研究化学合成和转化的电催化。迄今为止，以斯拉撰写了27篇同行评议手稿，一本教科书章节，和2项研究专利，被引用超过3600次。
这些信息已经从Hiden Analytical提供的材料中获得，审查和改编。亚博网站下载
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