Достижения в лазерных технологиях открывают новые возможности для более чистого топлива и энергии

Ученые разработали лазерную технологию, которая может открыть возможности для экологически чистых топливно-энергетических технологий в будущем.

Нам срочно нужны экологически безопасные и устойчивые способы замены ископаемого топлива, нефти и природного газа. Углекислый газ (CO2) является обильным отходом, образующимся в результате всех видов деятельности и источников, использующих ископаемое топливо. Около 35 миллиардов тонн углекислого газа выбрасывается в нашу планеты атмосферу ежегодно как отходы электростанций, транспортных средств и промышленных предприятий по всему миру. Чтобы смягчить воздействие CO2 на глобальный климат, этот выброшенный впустую CO2 лучше превратить в полезный. энергетика как окись углерода и другие источники энергии. Например, при реакции с водой CO2 образует богатый энергией газообразный водород, а при взаимодействии с водородом образуются полезные химические вещества, такие как углеводороды или спирт. Такие продукты могут использоваться для различных целей, в том числе в глобальном промышленном масштабе.

Электрокатализаторы - это катализаторы, которые принимают участие в электрохимических реакциях, когда химическая реакция имеет место, но при этом также задействована электроэнергия. Например, правильный катализатор может помочь в реакции водорода и кислорода с образованием воды контролируемым образом, иначе это будет просто случайная смесь двух газов. Или даже производить электричество путем сжигания водорода и кислорода. Электрокатализаторы изменяют или увеличивают скорость химических реакций, но сами они не расходуются в реакции. В контексте с CO2 электрокатализаторы считаются актуальными и многообещающими с точки зрения достижения «ступенчатого изменения» эффективности при желаемом сокращении выбросов CO2.

К сожалению, точный механизм работы этих электрокатализаторов до конца не изучен, и остается серьезной проблемой различать слои короткоживущих промежуточных молекул с «шумом» неактивных молекул в растворе. Такое ограниченное понимание механизма создает трудности при любых возможных изменениях конструкции электрокатализаторов.

Ученые Ливерпульского университета в Великобритании продемонстрировали лазерметодика спектроскопии для электрохимического восстановления диоксида углерода in-situ в их исследовании, опубликованном в Природный катализ. Они впервые использовали генерацию суммарной частоты колебаний или VSFG-спектроскопию наряду с электрохимическими экспериментами для исследования катализатора (Mn (bpy) (CO) 3Br), который рассматривается как многообещающий электрокатализатор восстановления CO2. Впервые наблюдалось поведение важнейших промежуточных звеньев, присутствующих в каталитическом цикле реакции в течение очень короткого промежутка времени. Технология VSFG позволяет отслеживать поведение и движение даже чрезвычайно короткоживущих частиц в каталитическом цикле и, следовательно, помогает нам понять, как работают электрокатализаторы. Итак, понятно, как работают электрокатализаторы в химической реакции.

Это исследование дает представление о некоторых сложных химических путях и может позволить нам создавать новые конструкции для электрокатализаторов. Исследователи уже изучают, как улучшить чувствительность этого метода, и разрабатывают новую систему обнаружения для лучшего отношения сигнал / шум. Такой подход может помочь открыть возможности для эффективных чистое топливо и получить больше возможностей для чистая энергия. В конечном итоге такой процесс необходимо расширить в промышленном масштабе для достижения большей эффективности на коммерческом уровне. Обработка больших объемов CO2, образующегося на заводах по сжиганию ископаемого топлива, потребует промышленного развития.

Источник (ы)

Neri G et al. 2018. Обнаружение каталитических интермедиатов на поверхности электрода при восстановлении углекислого газа с помощью катализатора с большим содержанием земли. Природный катализ. https://doi.org/10.17638/datacat.liverpool.ac.uk/533