Uus kergesti aktiveeritud katalüsaator haarab CO2, et saada kütusena koostisosi

Suspense: An Honest Man / Beware the Quiet Man / Crisis (Juuni 2019).

Anonim

Teadlased on välja töötanud valgust aktiveeritud materjali, mis võib süsinikdioksiidi keemiliselt muundada süsinikmonooksiidiks, tekitamata soovimatuid kõrvalprodukte. Saavutus tähistab märkimisväärset edusammu tehnoloogia arendamisel, mis võib aidata toota kütust ja teisi energiat rikkaid tooteid, kasutades päikeseenergia katalüsaatorit, samal ajal leevendades tõhusa kasvuhoonegaasi taset.

Nähtava valgusega nähtavas valguses muundas süsinikdioksiidi (CO 2) materjal, nikli orgaaniline kristallstruktuur reaktsioonikambris eranditult süsinikmonooksiidi (CO) gaasiks, mida saab veelgi muuta vedelkütusteks, lahustiteks ja muud kasulikud tooted.

28. juunil ajakirjas Science Advances avaldatud töödega tegi rahvusvaheline uurimisrühm, mida juhatasid energeetikaministeeriumi Lawrence Berkeley riikliku labori (Berkeley Lab) ja Nanyangi tehnoloogiaülikooli (NTU) energeetikaministeeriumi teadlased.

"Me demonstreerime CO-produktsiooni peaaegu 100-protsendilist selektiivsust, ilma konkureerivate gaasitoodete, nagu vesinik või metaan, avastamist, " ütles Berkeley Labi materjalide ja divisjoni laboriteadlaste teadlane Haimei Zheng ja uuringu kaasautor. "See on suur asi. Süsinikdioksiidi vähendamisel tahate minna ühe tootega, mitte erinevate asjadega."

Konkurentsist vabanemine

Keemias viitab vähendamine elektronide kasutegurile reaktsioonis, samas kui oksüdeerimine toimub siis, kui aatom kaotab elektronid. Tuntud näited süsinikdioksiidi redutseerimisest on fotosünteesis, kus taimed suunavad elektronid vee ja süsinikdioksiidi vahel süsivesikute ja hapniku moodustamisel.

Süsinikdioksiidi vähendamiseks on vaja katalüsaatoreid, mis aitavad murda molekuli püsivaid sidemeid. Viimasel sajandil on fossiilkütuste kiire tarbimise ja soov taastuvate energiaallikate järele kasvanud huvi katalüsaatorite väljatöötamisse päikeseenergial töötava süsinikdioksiidi vähendamise eesmärgil kütuste tootmiseks.

Teadlased on eriti huvitatud konkureerivate keemiliste reaktsioonide kõrvaldamisest süsinikdioksiidi vähendamisel.

"Konkreetse vesiniku evolutsiooni täielik mahasurumine fotokatalüütilisel CO2-to-CO muundumisel ei olnud enne meie tööd saavutatud, " ütles Zheng.

Berkeley Labis arendas Zheng ja tema kolleegid välja uuendusliku laser-keemilise meetodi metall-orgaanilise komposiitmaterjali loomiseks. Nad lahutasid nikli lähteühendid trietüleenglükooli lahuses ja pakkusid lahuse fokuseerimata infrapunakiirguse laserile, mis laseeris lahuses ahelreaktsiooni, kuna metall absorbeeris valgust. Saadud reaktsioon moodustas metall-orgaanilised komposiidid, mis seejärel lahusest eraldati.

"Kui me muutsime laserkiire lainepikkust, oleksime saanud erinevaid komposiitmaterjale, " ütles Zhengi labori materjaliuuringute juhendaja Kaiyang Niu. "Nii määrati, et reaktsioonid olid pigem aktiveeritud kui kuumaktiveeritud."

Teadlased iseloomustasid materjali struktuuri Berkeley Labi Molecular Foundry, DOE Office of Science Facility. Nikkel-orgaanilisel fotokatalüsaatoril oli märkimisväärseid sarnasusi metal-orgaaniliste raamistikega või MOFidega. Kuigi MOF-il on regulaarne kristalne struktuur jäikade linkeritega orgaaniliste ja anorgaaniliste komponentide vahel, sisaldab see uus fotokatalüsaator erineva pikkusega pehmete linkerite segu nikliga, tekitades arhitektuuril defekte.

"Saadud puudused on tahtlikud, luues rohkem poorid ja alad, kus võib esineda katalüütilisi reaktsioone, " ütles Niu. "See uus materjal on aktiivsem ja väga selektiivne võrreldes tavapärase kuumutamisega tehtud MOFidega."

CO2 vähendamine süsinikdioksiidile

NTU teadlased katsid uut materjali süsinikdioksiidiga täidetud gaasikambris, mõõtesid reaktsiooniprodukte, kasutades gaasikromatograafiat ja massispektromeetria meetodeid regulaarsete ajavahemike järel. Nad leidsid, et tund aega toatemperatuuril suutis 1 g nikli-orgaanilise katalüsaatori abil toota 16 000 mikromooli või 400 ml süsinikmonooksiidi. Lisaks leidsid nad, et katalüsaatoril oli paljutõotav püsivus, mis võimaldas seda pikema aja jooksul kasutada.

Katalüsaatorite süsinikdioksiidi vähendamine ei ole uus, kuid muud materjalid toodavad tavaliselt mitut kemikaali. Teadlased rõhutasid, et süsinikmonooksiidi peaaegu kogu toodang selle materjaliga moodustas uue selektiivsuse ja kontrolli taseme.

Teadlastel on mõte selle selektiivsuse tekkimise kohta. Nad viitavad sellele, et nende fotokatalüsaatori arhitektuur hõlbustab süsinikdioksiidi anioonide seondumist reaktsioonikohtadega, jättes vähese ruumi vesiniku radikaalide saamiseks maasse. See piirab prootoniülekandeid, mis on vajalikud vesinikgaaside moodustamiseks, ütles teadlaste sõnul.

Teadlased lükkasid nikli-orgaanilise fotokatalüsaatori edasi, rikastades seda vastavalt roodiumi või hõbeda nanokristallidega vastavalt sipelga ja äädikhappe moodustamiseks. Mõõdukas hapet, mis on leitud mürgis ja mürgises nõges ning ädikhappes, äädika põhikomponendis, kasutatakse tööstuses laialdaselt. Veelgi olulisem on, teadlased märkisid, et nende toodete molekule iseloomustavad kaks süsiniku sidemed, samm suurema süsiniku sidemega suurema energiaga vedelkütuste tekke suunas

"Maailm vajab nüüd fossiilkütuste alternatiivide loomise uuenduslikke viise ja atmosfääris ülemäärase süsinikdioksiidi taseme peatamist, " ütles Zheng. "CO2 saamine päikeseenergiat kasutavate kütuste jaoks on ülemaailmne uurimistegevus. Nüüd on siin esile toodud pungy nikli-orgaaniline fotokatalüsaator kriitiline samm päikeseenergia abil kõrgekvaliteediliste mitme süsinikusisaldusega kütuste praktilise tootmise poole."

menu
menu