Nowa technologia słoneczna zamienia gazy cieplarniane w cenne paliwa

Nowy fotokatalizator opracowany przez Uniwersytet Jiao Tong w Szanghaju oferuje ekologiczny i wydajny sposób przekształcania gazów cieplarnianych w substancje chemiczne przy użyciu energii słonecznej, co stanowi poważny postęp w zrównoważonej produkcji chemicznej.

Nowy fotokatalizator o nazwie Rh/InGaN_1-SHej_S, to nanostruktura składająca się z nanocząstek rodu unieruchomionych na modyfikowanych tlenem nanodrutach azotku indu i galu, hodowanych na podłożach krzemowych. W skoncentrowanym oświetleniu słonecznym ten materiał kompozytowy wykazuje wyjątkową wydajność w zakresie suchego reformingu metanu (DRM) za pomocą dwutlenku węgla₂osiągając szybkość wydzielania się gazu syntetycznego wynoszącą 180,9 mmol g_kot^-1 H^-1 O selektywności 96,3%. Stanowi to znaczną poprawę w porównaniu z konwencjonalnymi układami katalitycznymi, które często wymagają dużego nakładu energii i charakteryzują się szybką dezaktywacją.

„Nasza praca stanowi ważny krok naprzód w stawianiu czoła podwójnym wyzwaniom, jakim są emisja gazów cieplarnianych i produkcja zrównoważonej energii” – powiedział profesor Baoyin Zhou, główny badacz z Uniwersytetu Jiao Tong w Szanghaju. „Wykorzystując energię słoneczną i racjonalnie zaprojektowaną nanoinżynierię, zademonstrowaliśmy ekologiczną i wydajną metodę przekształcania gazów odlotowych w cenne zasoby chemiczne”.

t/ang_1-SHej_S Zbadano nanodruty pod kątem napędzanej światłem reformacji suchego metanu za pomocą dwutlenku węgla w kierunku gazu syntezowego (CH₄ + firma₂ + Światło = 2CO + 2H₂). Sugeruje się, że częściowe zastąpienie N w InGaN O może znacząco poprawić aktywność i stabilność katalizatora przy oświetleniu światłem bez dodatkowego ogrzewania. Źródło: China Science Press

Efekty synergiczne i spostrzeżenia mechanistyczne

Naukowcy przypisują wyjątkową wydajność swojego fotokatalizatora efektom synergistycznym wynikającym z połączenia fotoaktywnych nanodrutów InGaN, powierzchni modyfikowanej tlenem i katalitycznie aktywnych nanocząstek rodu. Badania mechaniczne wykazały, że wbudowane atomy tlenu odgrywają kluczową rolę we wzmocnieniu CO2₂ Aktywacja, ułatwianie wytwarzania dwutlenku węgla i tłumienie dezaktywacji katalizatora poprzez osadzanie się koksu.

Wyniki tych badań, opublikowane w prestiżowym czasopiśmie Science Bulletin, torują drogę do opracowania zaawansowanych systemów fotokatalitycznych do zrównoważonej produkcji paliw i chemikaliów ze źródeł odnawialnych. Zespół wierzy, że ich podejście można rozszerzyć na inne ważne reakcje chemiczne, zapewniając nowe możliwości ekologizacji przemysłu chemicznego.

„Jesteśmy podekscytowani perspektywami tej technologii” – powiedział profesor Baoyin Zhou. „Poprzez dalsze ulepszanie konstrukcji katalizatora i konfiguracji reaktora, naszym celem jest zwiększenie skali procesu i wykazanie jego wykonalności w praktycznych zastosowaniach”.

Odniesienie: „Nanostruktura Rh/InGaN1−xOx do fotodynamicznego reformingu metanu z CO2 w kierunku gazu syntezowego” autorstwa Yixin Li, Jinglin Li, Tianqi Yu, Liang Qiu, Syed M. Najeeb Hassan, Lin Yao, Hu Pan, Shams Al-Arfin, Szeryf. Muhammad Sadaf, Li Zhou i Baoyin Zhou, 12 lutego 2024 r., Biuletyn Naukowy.
doi: 10.1016/j.scib.2024.02.020