Indigo as a Low‐Cost Redox‐Active Sorbent for Electrochemically Mediated Carbon Capture

材料科学 吸附剂 氧化还原 碳纤维 靛蓝 化学工程 纳米技术 无机化学 有机化学 冶金 吸附 复合材料 化学 光学 物理 工程类 复合数
作者
Krish N. Jayarapu,Anmol Mathur,Xing Li,Andong Liu,Lingyu Zhang,Jaeeun Kim,Hyun‐Ah Kim,Su Keun Kuk,Yayuan Liu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (37) 被引量:9
标识
DOI:10.1002/adfm.202402355
摘要

Abstract Climate change has driven the need for carbon capture to mitigate anthropogenic greenhouse gas emissions, yet current thermochemical methods are hampered by high energy intensities. Electrochemically mediated carbon capture (EMCC) utilizing redox‐active carbon dioxide (CO 2 ) carriers is an attractive alternative for carbon capture. Here, an economical vat dye compound, indigo, is presented, which can reversibly capture and release CO 2 upon electrochemical reduction and oxidation, respectively. Electrode and electrolyte engineering strategies are utilized to improve the reversibility and stability of indigo for EMCC. A bench‐scale prototypical fixed‐bed carbon capture device is constructed to demonstrate indigo's EMCC performance under various practically relevant conditions, such as simulated flue gas and extremely dilute sources pertinent to direct air capture. A hybrid sorbent electrode‐gas diffusion layer approach is revealed to alleviate CO 2 mass transport limitations, achieving ≈80% CO 2 capacity utilization under a 15% CO 2 feed stream. Furthermore, a reactive‐diffusive mass transport model is developed to illustrate engineering approaches that can be universally applied to optimize fixed‐bed EMCC systems. This work advances the potential for a class of low‐cost sorbents for EMCC while underscoring the importance of molecular, electrolyte, materials, and device engineering strategies to enable high‐performance carbon capture.
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