'n Wydverspreide grondmineraal, α-yster-(III)oksihidroksied, is gevind as 'n herwinbare katalisator vir die fotoreduksie van koolstofdioksied tot mieresuur. Krediet: Prof. Kazuhiko Maeda
Fotoreduksie van CO2 na vervoerbare brandstowwe soos mieresuur (HCOOH) is 'n goeie manier om stygende CO2-vlakke in die atmosfeer te bestry. Om met hierdie taak te help, het 'n navorsingspan by die Tokio Instituut vir Tegnologie 'n geredelik beskikbare ystergebaseerde mineraal gekies en dit op 'n alumina-ondersteuning gelaai om 'n katalisator te ontwikkel wat CO2 doeltreffend in HCOOH kan omskakel, ongeveer 90% selektiwiteit!
Elektriese voertuie is 'n aantreklike opsie vir baie mense, en 'n belangrike rede is dat hulle geen koolstofvrystellings het nie. 'n Groot nadeel vir baie is egter hul gebrek aan reikafstand en lang laaitye. Dit is waar vloeibare brandstowwe soos petrol 'n groot voordeel het. Hul hoë energiedigtheid beteken lang reikafstande en vinnige hervulling.
Deur van petrol of diesel na 'n ander vloeibare brandstof oor te skakel, kan koolstofvrystellings uitgeskakel word terwyl die voordele van vloeibare brandstowwe behoue ​​bly. In 'n brandstofsel kan mieresuur byvoorbeeld 'n enjin aandryf terwyl water en koolstofdioksied vrygestel word. As mieresuur egter geproduseer word deur atmosferiese CO2 tot HCOOH te reduseer, is die enigste netto uitset water.
Stygende koolstofdioksiedvlakke in ons atmosfeer en hul bydrae tot aardverwarming is nou algemene nuus. Terwyl navorsers met verskillende benaderings tot die probleem geëksperimenteer het, het 'n effektiewe oplossing na vore gekom—om oortollige koolstofdioksied in die atmosfeer in energieryke chemikalieë te omskep.
Die produksie van brandstowwe soos mieresuur (HCOOH) deur die fotoreduksie van CO2 in sonlig het onlangs baie aandag getrek omdat die proses 'n dubbele voordeel het: dit verminder oortollige CO2-vrystellings en help ook om die energietekort wat ons tans in die gesig staar, te verminder. As 'n uitstekende draer vir waterstof met hoë energiedigtheid, kan HCOOH energie deur verbranding verskaf terwyl dit slegs water as 'n neweproduk vrystel.
Om hierdie winsgewende oplossing 'n werklikheid te maak, het wetenskaplikes fotokatalitiese stelsels ontwikkel wat koolstofdioksied met behulp van sonlig verminder. Hierdie stelsel bestaan ​​uit 'n lig-absorberende substraat (d.w.s. 'n fotosensitiseerder) en 'n katalisator wat die veelvuldige elektronoordrag moontlik maak wat nodig is vir die reduksie van CO2 na HCOOH. En so het hulle begin soek na geskikte en doeltreffende katalisators!
Fotokatalitiese reduksie van koolstofdioksied met behulp van algemeen gebruikte saamgestelde infografika. Krediet: Professor Kazuhiko Maeda
As gevolg van hul doeltreffendheid en potensiële herwinbaarheid, word vaste katalisators as die beste kandidate vir hierdie taak beskou, en oor die jare is die katalitiese vermoëns van baie kobalt-, mangaan-, nikkel- en ystergebaseerde metaalorganiese raamwerke (MOF's) ondersoek, waaronder laasgenoemde 'n paar voordele bo ander metale het. Die meeste ystergebaseerde katalisators wat tot dusver gerapporteer is, produseer egter slegs koolstofmonoksied as die hoofproduk, nie HCOOH nie.
Hierdie probleem is egter vinnig opgelos deur 'n span navorsers by die Tokio Instituut vir Tegnologie (Tokio Tech) onder leiding van professor Kazuhiko Maeda. In 'n onlangse studie wat in die chemiese tydskrif Angewandte Chemie gepubliseer is, het die span 'n alumina (Al2O3)-ondersteunde yster-gebaseerde katalisator gedemonstreer met behulp van α-yster(III) oksihidroksied (α-FeO​​​ OH; geotiet). Die nuwe α-FeO​​​OH/Al2O3 katalisator vertoon uitstekende CO2 na HCOOH omskakelingsprestasie en uitstekende herwinbaarheid. Toe hy gevra is oor hul keuse van katalisator, het professor Maeda gesê: "Ons wil meer volop elemente as katalisators in CO2 fotoreduksiestelsels ondersoek. Ons benodig 'n soliede katalisator wat aktief, herwinbaar, nie-giftig en goedkoop is. Daarom het ons wyd verspreide grondminerale soos goethiet vir ons eksperimente gekies."
Die span het 'n eenvoudige impregneringsmetode gebruik om hul katalisator te sintetiseer. Hulle het toe yster-ondersteunde Al2O3-materiale gebruik om CO2 fotokatalities te verminder by kamertemperatuur in die teenwoordigheid van 'n rutenium-gebaseerde (Ru) fotosensitiseerder, elektronskenker en sigbare lig met golflengtes van meer as 400 nanometer.
Die resultate is baie bemoedigend. Die selektiwiteit van hul stelsel vir die hoofproduk HCOOH was 80–90% met 'n kwantumopbrengs van 4.3% (wat die doeltreffendheid van die stelsel aandui).
Hierdie studie bied 'n eerste-van-sy-soort yster-gebaseerde vaste katalisator wat HCOOH kan genereer wanneer dit gepaard gaan met 'n doeltreffende fotosensitiseerder. Dit bespreek ook die belangrikheid van behoorlike ondersteuningsmateriaal (Al2O3) en die effek daarvan op die fotochemiese reduksiereaksie.
Insigte uit hierdie navorsing kan help om nuwe edelmetaalvrye katalisators vir die fotoreduksie van koolstofdioksied tot ander nuttige chemikalieë te ontwikkel. "Ons navorsing toon dat die pad na 'n groen energie-ekonomie nie ingewikkeld is nie. Selfs eenvoudige katalisatorvoorbereidingsmetodes kan goeie resultate lewer, en dit is welbekend dat aardryke verbindings, indien ondersteun deur verbindings soos alumina, as 'n selektiewe katalisator vir CO2-reduksie gebruik kan word," sluit prof. Maeda af.
Verwysings: "Alumina-ondersteunde alfa-yster (III) oksihidroksied as 'n herwinbare soliede katalisator vir CO2-fotoreduksie onder sigbare lig" deur Daehyeon An, Dr. Shunta Nishioka, Dr. Shuhei Yasuda, Dr. Tomoki Kanazawa, Dr. Yoshinobu Kamakura, Prof. Kazuhiko Maeda, 12 Mei 2022, Angewandte Chemie.DOI: 10.1002 / anie.202204948
“Dis waar vloeibare brandstowwe soos petrol ’n groot voordeel het. Hul hoë energiedigtheid beteken lang reikafstande en vinnige hervulling.”
Wat van 'n paar syfers? Hoe vergelyk die energiedigtheid van miersuur met petrol? Met slegs een koolstofatoom in die chemiese formule, twyfel ek of dit selfs naby petrol sal kom.
Daarbenewens is die reuk baie giftig en, as 'n suur, is dit meer korrosief as petrol. Dit is nie onoplosbare ingenieursprobleme nie, maar tensy miersuur beduidende voordele bied om die reikafstand te verhoog en die battery se hervultyd te verminder, is dit waarskynlik nie die moeite werd nie.
As hulle beplan het om goethiet uit die grond te onttrek, sou dit 'n energie-intensiewe mynbouoperasie wees en moontlik skadelik vir die omgewing wees.
Hulle mag dalk baie goethiet in die grond noem, aangesien ek vermoed dat dit meer energie sal verg om die nodige grondstowwe te kry en dit te laat reageer om goethiet te sintetiseer.
Dit is nodig om na die hele lewensiklus van die proses te kyk en die energiekoste van alles te bereken. NASA het nie so iets soos 'n gratis lansering gevind nie. Ander moet dit in gedagte hou.
SciTechDaily: Die tuiste van die beste tegnologienuus sedert 1998. Bly op hoogte van die nuutste tegnologienuus via e-pos of sosiale media.
Net om aan die rokerige en bedwelmende geure van braai te dink, is genoeg om die meeste mense te laat speeksel. Somer is hier, en vir baie...