1. attēls: sintezēšanas metode jaunam trīs komponentu fotokatalizatoram. Oglekļa nanocaurule, kas iekapsulē joda molekulas, kas iegremdētas sudraba nitrāta (AgNO3) ūdens šķīdumā, lai iegūtu saliktu fotokatalizatoru. Kredīts: Shinji Kawasaki un Yusuke Ishii no Nagojas Tehnoloģijas institūta
Zinātnieki atrod veidu, kā efektīvi izmantot saules redzamo gaismu, lai sadalītu oglekļa dioksīdu, paverot durvis jauniem veidiem, kā mazināt globālo sasilšanu.
oglekļa dioksīds (CO2) Pēdējo pusotra gadsimta laikā cilvēka darbības radītās emisijas ir dramatiski palielinājušās, un tās tiek uzskatītas par galveno globālās sasilšanas un neparastu laika apstākļu cēloni. Tāpēc vairākās jomās ir pievērsta ievērojama uzmanība oglekļa dioksīda samazināšanai2 emisijas un atmosfēras līmenis. Viena daudzsološa stratēģija ir oglekļa dioksīda ķīmiskā sadalīšana vai “samazināšana”2 Izmantojot fotokatalizatorus – savienojumus, kas absorbē gaismas enerģiju un nodrošina to reakcijām, paātrinot tās. Izmantojot šo stratēģiju, tiek samazināts CO2 daudzums, izmantojot saules enerģiju2, kur netiek izmantots neviens cits mākslīgs enerģijas avots, paverot durvis uz ilgtspējīgu ceļu uz ilgtspējīgu nākotni.
Zinātnieku komanda, kuru vada Dr. Shinji Kawasaki un Yusuke Ishii no Nagojas Tehnoloģijas institūta (Japāna) ir bijuši priekšgalā centienos panākt CO2 efektivitāti ar saules enerģijas palīdzību.2 atlaide. Viņu jaunākais atklājums tika publicēts žurnālā Nature Zinātniskie ziņojumi.
2. attēls: jaunā trīskomponentu fotokatalizatora mehānisms. Fotoizbudinātais elektrons pārvietojas no sudraba jodīda (AgI) pa oglekļa nanocaurulītēm uz sudraba jodīdu (AgIO3), kur oglekļa dioksīds (CO2) tiek reducēts līdz oglekļa monoksīdam (CO). Kredīts: Shinji Kawasaki un Yusuke Ishii no Nagojas Tehnoloģijas institūta
Viņu pētījumi sākās ar vajadzību atrisināt sudraba jodāta (AgIO3), fotokatalizators, kas ir piesaistījis lielu interesi par labvēlīgu CO2 reducēšanas reakcija. Problēma ir tā, ka AgIO3 Tam nepieciešama daudz lielāka enerģija, nekā redzamā gaisma var nodrošināt, lai darbotos kā efektīvs fotokatalizators; Redzamā gaisma ir lielākā daļa no saules starojuma.
Zinātnieki ir mēģinājuši pārvarēt šo efektivitātes problēmu, apvienojot AgIO3 Izmantojot sudraba jodīdu (AgI), kas spēj absorbēt un efektīvi izmantot redzamo gaismu. Tomēr AgIO3AgI savienojumiem ir sarežģīti sintēzes procesi, kas to lielapjoma ražošanu padara nepraktisku. Turklāt tām nav struktūru, kas nodrošinātu efektīvus ceļus fotoizbudinātu elektronu (gaismas absorbcijas aktivētu elektronu) pārnešanai no AgI uz AgIO.3, kas ir savienojuma katalītiskās aktivitātes atslēga.
3. attēls: elastīgs polimēra elektrods fotokatalizatoram. Jauno trīskomponentu fotokatalizatora dispersiju var viegli izsmidzināt uz polimēru plēvēm, lai iegūtu elastīgus elektrodus, kurus var apvienot daudzos iestatījumos. Kredīts: Shinji Kawasaki un Yusuke Ishii no Nagojas Tehnoloģijas institūta
“Tagad mēs esam izstrādājuši jaunu fotokatalizatoru, kas satur viensienu oglekļa nanocaurules (SWCNT) ar AgIO.3 un AgI, lai izveidotu trīskomponentu kompleksu katalizatoru, saka Dr. Kawasaki, “SWCNT loma ir multimodāla. Tas atrisina sintēzes un elektronu pārneses ceļa problēmas.”
Trīs komponentu sintēzes process ir vienkāršs un ietver tikai divas darbības: 1. Joda molekulu iekapsulēšana SWCNT iekšienē, izmantojot elektroķīmiskās oksidēšanas metodi. 2. Savienojuma sagatavošana, iepriekšējās darbības produktu iegremdējot sudraba nitrāta (AgNO.) Ūdens šķīdumā.3).
Spektroskopiskie novērojumi, izmantojot savienojumu, parādīja, ka sintēzes procesā iekapsulētās joda molekulas saņēma lādiņu no SWCNT un pārveidoja par specifiskiem joniem. Tad šie reaģēja ar AgNO3 Lai izveidotu AgI un AgIO3 Mikrokristāli, kas iekapsulēto joda molekulu sākotnējās pozīcijas dēļ vienmērīgi nogulsnējās uz visiem SWCNT. Eksperimentālā analīze, izmantojot imitētu saules gaismu, atklāja, ka SWCNT darbojās arī kā vadošs ceļš, pa kuru fotoizbudinātie elektroni pārvietojās no AgI uz AgIO.3, kas ļauj efektīvi samazināt oglekļa dioksīdu2 līdz oglekļa monoksīdam (CO).
SWCNT iekļaušana arī ļāva kompozītdispersi viegli izsmidzināt uz plānas plēves polimēra, lai iegūtu elastīgus fotoelektrodus, kas ir daudzpusīgi un kurus var izmantot dažādos pielietojumos.
Dr Ishi cer uz viņu fotokatalizatora potenciālu. “Tas var samazināt rūpnieciskā oglekļa dioksīda saules enerģijas daudzumu2 Emisijas un oglekļa dioksīds atmosfērā2 Tas ir viegli mērogojams, ilgtspējīgs, atjaunojamās enerģijas risinājums, kas pievēršas globālajai sasilšanai un klimata pārmaiņām, padarot cilvēku dzīvi drošāku un veselīgāku.
Komanda saka, ka nākamais solis ir izpētīt iespēju izmantot fotokatalizatoru saules ūdeņraža iegūšanai. Varbūt cilvēces nākotne tomēr ir gaiša!
Atsauce: “Redzamās gaismas CO vienpakāpes sintēze2 Joda iekapsulēto oglekļa nanocaurulīšu redukcijas fotokatalizators ”, autori Mayar Zubaidi, Kenta Kobayashi, Yusuke Ishii un Shinji Kawasaki, 2021. gada 12. maijs. Pieejams šeit Zinātniskie ziņojumi.
DOI: 10.1038 / s41598-021-89706-2
