15:36 2022-06-28
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Noul catalizator crește radical rata de conversie a dioxidului de carbon în combustibili solari
_ Noul catalizator mărește radical rata de conversia dioxidului de carbon în combustibili solari
Dioxidul de carbon sau CO2 poate fi utilizat ca materie primă pentru a fi transformat în „combustibili solari” neutri din punct de vedere al carbonului, care stochează energia de la soare. Dar pentru ca ei să fie competitivi cu combustibilii fosili, reacția chimică care realizează această conversie are nevoie de catalizatori mult mai eficienți. Cercetătorii au descoperit recent o structură de fotocatalizator care implică atomi izolați de cupru într-un cadru polimeric care îmbunătățește radical performanța catalizatorului.
O descriere a noului catalizator a fost publicată în jurnalul Nano Research.
Există o serie de sectoare, cum ar fi transportul maritim pe distanțe lungi și aviația, care sunt greu de electrificat și, prin urmare, în lupta pentru atenuarea schimbărilor climatice, va trebui dezvoltată o formă de combustibil neutru din punct de vedere al carbonului. Între timp, energia solară poate avea emisii scăzute de carbon, dar depinde de vreme. Uneori nu se produce suficientă energie electrică și alteori prea multă.
O soluție elegantă care ar putea ameliora ambele probleme este conversia energiei solare în combustibili sintetici. Prin extragerea CO2 atmosferic și folosindu-l ca materie primă combinată cu hidrogenul produs prin scindarea moleculelor de apă, pot fi produse într-o fabrică versiuni neutre din punct de vedere carbon de hidrocarburi. De fapt, aceasta stochează energia solară pentru a fi utilizată mai târziu când soarele nu strălucește sau ca combustibil curat care funcționează în sectoare greu de electrificat (și nu numai).
Cu toate acestea, una dintre marile provocări cu care se confruntă acest lucru Viziunea solar-la-combustibili care imită modul în care plantele transformă lumina soarelui în energie, crește eficiența reacțiilor chimice implicate suficient pentru a face ca costul produsului final să fie competitiv cu combustibilii fosili murdari.
Cheia pentru obținerea unor astfel de eficiențe este producand catalizatori mai buni, substante care accelereaza reactia chimica. Scopul principal a fost de a maximiza concentrația locurilor pe moleculele de catalizator în care poate avea loc o reacție pentru a îmbunătăți eficiența, reducând în același timp deșeurile.
În ultimul deceniu sau cam asa ceva, comunitatea de cercetare a catalizatorului și-a transformat tot mai mult. atenție acordată catalizatorilor cu un singur atom (SAC), cu scopul de a oferi un impuls major tuturor tipurilor de procese industriale, nu doar fotocatalizei necesare transformării solare în combustibili. SAC-urile sunt catalizatori în care toți atomii de metal implicați în reacție există ca atomi izolați dispersați pe un cadru de susținere solid. Acești atomi de metal unici sunt, de asemenea, de obicei încărcați pozitiv. Ca rezultat al acestei structuri geometrice și electronice neobișnuite, SAC-urile pot îmbunătăți radical eficiența catalizei.
Domeniul cercetării și dezvoltării SAC a explodat în ultimii ani, în mare parte datorită apariției imaginilor avansate și a radiografiilor. metode spectroscopice. Acestea le-au permis chimiștilor să producă imagini foarte detaliate ale SAC-urilor în acțiune, chiar dacă are loc reacția, ceea ce le permite să înțeleagă mai bine ce se întâmplă și să testeze noi ipoteze. Pe lângă aceasta, tehnicile moderne de sinteză chimică au permis construirea de SAC-uri foarte fin adaptate, adecvate unui proces dorit.
„În ultimii ani au fost dezvoltate multe SAC diferite pentru alte reacții chimice, oferind o revoluție în performanța catalitică. ”, a spus Jiangwei Zhang, coautor al lucrării și fizician chimist la Centrul de Cercetare pentru Inginerie Chimică Avansată și Materiale Energetice de la Universitatea China de Petrol din Qingdao, „iar acum a venit rândul fotocatalizatorilor pentru producția de combustibil solar. "
Cercetătorii au construit un SAC cu o structură covalentă pe bază de triazină (CTF) care ancorează atomi de cupru unici. CTF-urile sunt o clasă relativ nouă de polimeri (șiruri de molecule foarte mari) despre care s-a demonstrat deja că îmbunătățesc performanța fotocatalitică de divizare a apei. Prin combinarea CTF-urilor cu atomi de cupru unici, chimiștii și-au propus să ofere o structură foarte poroasă (pentru a spori numărul de locuri disponibile unde poate avea loc reacția chimică relevantă) și să ofere eficiență atomică maximă. Ei numesc această formulare Cu-SA/CTF.
Ei au reușit să vizualizeze atomii unici de Cu prin imagini de microscopie electronică de transmisie cu scanare inelar în câmp întunecat cu unghi înalt (HAADF-STEM). Iar structura locurilor în care au loc reacțiile a fost dezvăluită prin analize extinse de structură fină de absorbție a razelor X (EXAFS).
Cu aceste informații, cercetătorii au putut testa apoi performanța Cu-SA/ Fotocatalizatori CTF și investighează ce se întâmplă la nivel atomic. Ei au descoperit că adăugarea atomilor unici de cupru la structură a înzestrat catalizatorii cu o capacitate crescută de a adsorbi CO2 (lipiți CO2 de el însuși pentru a efectua reacția chimică) și a întărit răspunsul la lumina vizibilă care conduce procesul, deoarece precum și oferind o serie de alte îmbunătățiri. Împreună, acest lucru a funcționat pentru a îmbunătăți semnificativ conversia CO2 și a apei în combustibil metan.
Ca urmare, cercetătorii au reușit să dezvolte linii directoare pentru proiectarea la scară atomică a altor fotocatalizatori robusti pentru conversia CO2 în alte substanțe utile.
Comentarii:
Adauga Comentariu