Vooruitgang in lasertegnologie maak nuwe uitsigte oop vir skoner brandstof en energie

Wetenskaplikes het 'n lasertegnologie ontwikkel wat weë kan oopmaak vir skoon brandstof- en energietegnologieë in die toekoms.

Ons het dringend omgewingsvriendelike en volhoubare maniere nodig om fossielbrandstowwe, olie en aardgas te vervang. Koolstofdioksied (CO2) is 'n oorvloedige afvalproduk wat geproduseer word deur alle aktiwiteite en bronne wat op fossielbrandstowwe staatmaak. Ongeveer 35 miljard metrieke ton koolstofdioksied word in ons vrygestel planeet s'n atmosfeer jaarliks ​​as 'n afvalproduk van kragopwekkingskragsentrales, voertuie en industriële opstellings regoor die wêreld. Om die uitwerking van CO2 op globale klimaat te versag, kan hierdie vermorste CO2 eerder in bruikbare omgeskakel word energie soos koolstofmonoksied en ander energie-oorvloedige bronne. Byvoorbeeld, reaksie met water CO2 produseer energieryke waterstofgas, wanneer dit met waterstof gereageer word, produseer dit nuttige chemikalieë soos koolwaterstowwe of alkohol. Sulke produkte kan vir verskeie doeleindes gebruik word en dit ook op 'n globale industriële skaal.

Elektrokatalisators is katalisators wat aan elektrochemiese reaksies deelneem – wanneer 'n chemiese reaksie plaasvind maar elektriese krag ook betrokke is. Byvoorbeeld, die regte katalisator kan help om waterstof en suurstof te laat reageer om water op 'n beheerde manier te maak, anders sal dit net 'n ewekansige mengsel van twee gasse wees. Of selfs om elektrisiteit te produseer deur waterstof en suurstof te verbrand. Elektrokatalisators verander of verhoog die tempo van chemiese reaksies sonder om self in die reaksie verbruik te word. In konteks met CO2, word elektrokatalisators gesien as relevant en belowend in terme van die bereiking van doeltreffendheid 'stap-verandering' in vermindering van CO2 soos verlang.

Ongelukkig word die presiese meganisme van hoe hierdie elektrokatalisators werk nie heeltemal verstaan ​​nie en dit bly 'n beduidende uitdaging om te onderskei tussen lae kortstondige intermediêre molekules met die "geraas" van onaktiewe molekules in die oplossing. Hierdie beperkte begrip van die meganisme stel probleme in enige moontlike verandering in die ontwerp van elektrokatalisators.

Wetenskaplikes by Liverpool University UK het getoon a laser-gebaseerde spektroskopie tegniek vir elektrochemiese vermindering van koolstofdioksied in-situ in hul studie gepubliseer in Aardkatalise. Hulle het vir die eerste keer Vibrational Sum-Frequency Generation of VSFG spektroskopie gebruik saam met elektrochemiese eksperimente om 'n katalisator (Mn(bpy)(CO)3Br) te verken wat as 'n belowende CO2-vermindering elektrokatalisator gesien word. Die gedrag van deurslaggewende tussengangers wat vir 'n baie kort interval in 'n reaksie se katalitiese siklus teenwoordig is, is vir die eerste keer waargeneem. VSFG-tegnologie maak dit moontlik om gedrag en beweging van selfs uiters kortlewende spesies in 'n katalitiese siklus te volg en help ons dus om te verstaan ​​hoe elektrokatalisators werk. Dus, die presiese gedrag van hoe elektrokatalisators werk in 'n chemiese reaksie word verstaan.

Hierdie studie verskaf insigte in sommige van die komplekse chemiese weë en kan ons in staat stel om nuwe ontwerpe vir elektrokatalisators te skep. Navorsers ondersoek reeds hoe om sensitiwiteit van hierdie tegniek te verbeter en ontwikkel 'n nuwe opsporingstelsel vir 'n beter sein-tot-geraas-verhouding. Hierdie benadering kan help om weë oop te maak vir doeltreffende skoon brandstof en meer potensiaal vir skoon energie. So 'n proses moet uiteindelik industrieel opgeskaal word om meer doeltreffendheid op kommersiële vlak te bereik. Die hantering van groot volumes CO2 wat uit aanlegte wat fossielbrandstof verbrand, sal industriële vooruitgang verg.

***

Bronne)

Neri G et al. 2018. Opsporing van katalitiese tussenprodukte by 'n elektrode-oppervlak tydens koolstofdioksiedreduksie deur 'n aard-oorvloedige katalisator. Aardkatalise. https://doi.org/10.17638/datacat.liverpool.ac.uk/533

***