За последние несколько десятилетий ученые всего мира разработали множество методов и технологий, которые могут преобразовывать углекислый газ (CO 2 ) в топливо с использованием солнечной энергии. В конечном итоге это было бы очень ценно, поскольку уменьшило бы зависимость человека от ископаемого топлива и помогло бы смягчить последствия изменения климата.
Один из существующих подходов к преобразованию CO 2 в топливо называется фототермическим катализом CO 2 . Хотя этот метод дал обнадеживающие результаты, для достижения оптимальной производительности могут потребоваться новые материалы , которые больше подходят для сбора солнечной энергии.
Исследователи из Университета Сучжоу в Китае и Университета Торонто в Канаде уже несколько лет проводят исследования, направленные на сокращение выбросов парникового газа CO 2 . В недавней статье, опубликованной в Nature Energy , они представили новый подход к надфотермическому катализу CO 2, который черпает вдохновение из самого парникового эффекта.
«Идея этой статьи возникла во время разговора между нами», – сказал TechXplore Ле Хе, один из исследователей, проводивших исследование. «Мы говорили о том, как парниковые газы нагревают Землю, и один из нас поднял вопрос: почему бы нам не использовать парниковый эффект для повышения фототермической эффективности катализаторов? Основными целями нашего исследования было проверить нашу гипотезу путем разработки этого катализатор со структурой ядро-оболочка “.
После подробного обсуждения первоначальной идеи и гипотез, он и его коллеги попытались проверить их достоверность в лаборатории. Это привело к разработке архитектуры супрафотермического катализатора, вдохновленной парниковым эффектом, которая могла бы повысить эффективность катализаторов гидрирования CO 2 .
Катализатор, созданный Хе, Чжаном и их коллегами, состоит из нанокристалла никеля, заключенного в непористый диоксид кремния. Примечательно, что этот нанокристалл участвует как в реакциях метанирования, так и в реакциях конверсии водяного газа.
«Наш катализатор имеет оболочку из диоксида кремния, которая играет важную роль в снижении потерь тепла от горячего ядра Ni и предотвращает дезактивацию катализатора в результате спекания и коксования наночастиц Ni», – сказал TechXplore другой исследователь, участвовавший в исследовании. «Другими словами, можно сказать, что наш дизайн убивает двух зайцев одним выстрелом».
Исследователи проверили эффективность созданного катализатора в серии экспериментов и сравнили его с характеристиками традиционных фототермических катализаторов. Они обнаружили, что при освещении локальные температуры, достигаемые их катализатором, значительно превышали температуры других катализаторов на основе Ni без оболочки SiO 2 .
«Помимо новых знаний, которые оно приносит, наше исследование показывает, что теперь возможно преобразовать CO 2 и возобновляемый H 2 в ценные химические вещества и топливо с беспрецедентной скоростью и надежной долгосрочной стабильностью на основе дешевых и распространенных на земле элементов», – Джеффри Об этом TechXplore сообщил А. Озин, один из исследователей, проводивших исследование. Мы считаем, что это важный шаг на пути к устойчивой индустрии солнечного топлива ».
В будущем инновационная архитектура катализатора, вдохновленная парниковым эффектом, разработанная этой группой исследователей, может сыграть роль в сокращении выбросов CO 2 во всем мире. Тем временем Хэ, Чжан, Озин и остальная часть их команды планируют продолжить испытания своего катализатора , одновременно пытаясь улучшить его конструкцию.
«Сейчас мы работаем над новыми исследованиями, направленными на более глубокое понимание светового эффекта, а также на оптимизацию каталитических характеристик», – сказал TechXplore один из исследователей, проводивших исследование. «В частности, мы хотели бы улучшить селективность продукта, чтобы снизить стоимость пост-сепарации».