Μια κοινή ερευνητική ομάδα ανέπτυξε έναν εξαιρετικά αποδοτικό φωτοκαταλύτη που μπορεί να μετατρέψει το διοξείδιο του άνθρακα στο καύσιμο υψηλής προστιθέμενης αξίας, μεθάνιο, χρησιμοποιώντας το ηλιακό φως, ενώ παράλληλα εξηγεί τις αρχές λειτουργίας του. Η εργασία δημοσιεύεται στο περιοδικό ACS Catalysis.
Αντιμετώπιση της κλιματικής αλλαγής με νέα τεχνολογία
Το διοξείδιο του άνθρακα είναι ένα τυπικό αέριο του θερμοκηπίου, που θεωρείται σημαντική αιτία της κλιματικής αλλαγής, και η ανάπτυξη τεχνολογιών για την αποτελεσματική μείωσή του αποτελεί μια σημαντική πρόκληση παγκοσμίως.
Η τεχνολογία φωτοκαταλύτη που τράβηξε το ενδιαφέρον της ερευνητικής ομάδας είναι ένας τύπος τεχνητής τεχνολογίας φωτοσύνθεσης που χρησιμοποιεί την ηλιακή ενέργεια για τη μετατροπή του διοξειδίου του άνθρακα σε καύσιμο. Έχει προσελκύσει σημαντική προσοχή για τις δυνατότητές της να συμβάλει στην ουδετερότητα του άνθρακα και στην παραγωγή ενέργειας φιλικής προς το περιβάλλον.
Καινοτόμα υλικά και βελτιωμένη απόδοση
Η ερευνητική ομάδα, με επικεφαλής τον καθηγητή Suil In του Τμήματος Ενεργειακής Επιστήμης και Μηχανικής στο DGIST, σε συνεργασία με μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή William A. Goddard III του Τεχνολογικού Ινστιτούτου της Καλιφόρνια (Caltech), συνδύασε θειούχο άργυρο (Ag₂S), το οποίο απορροφά καλά το ορατό και το εγγύς υπέρυθρο φως, με διοξείδιο του τιτανίου (TiO₂), ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο φωτοκαταλυτικό υλικό, και ανέπτυξε μια νέα δομή που επιτρέπει στα ηλεκτρόνια να κινούνται αποτελεσματικά μέσω του σχήματος Ζ, ενός καναλιού παρόμοιου με τη φυσική φωτοσύνθεση στον φυσικό κόσμο.
Αυτό βελτίωσε σημαντικά την αποτελεσματικότητα της χρήσης της φωτεινής ενέργειας. Προηγούμενες μελέτες είχαν περιορισμούς, καθώς τα υλικά παρέμειναν στην κανονική κρυσταλλική κατάσταση για πολύ καιρό και δεν διέθεταν ενεργές θέσεις όπου το διοξείδιο του άνθρακα μπορεί πραγματικά να αντιδράσει.
Σημαντικές ανακαλύψεις στον σχεδιασμό και τα αποτελέσματα του καταλύτη
Η κοινή ερευνητική ομάδα DGIST-Caltech εισήγαγε σκόπιμα ελαττώματα στο υλικό για να δημιουργήσει άφθονες τριτοταγείς (Ti³⁺) ενεργές θέσεις τιτανίου χρησιμοποιώντας άμορφο διοξείδιο του τιτανίου με ακανόνιστη δομή και συνδυασμένα μη στοιχειομετρικά νανονήματα θειούχου αργύρου, σχεδιασμένα να έχουν ατομική αναλογία που δεν ταιριάζει απόλυτα, προκειμένου να σχηματίσουν ένα ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο στο εσωτερικό. Με αυτόν τον τρόπο, βελτίωσαν με επιτυχία τον διαχωρισμό φορτίου και την απόδοση της αντίδρασης δραματικά.
Ως αποτέλεσμα, ο πρόσφατα αναπτυγμένος φωτοκαταλύτης πέτυχε ρυθμό παραγωγής μεθανίου 30,31 μmol/g σε περιβάλλον αντιδραστήρα συμπύκνωσης, μια περίπου πενταπλάσια βελτίωση στην απόδοση σε σύγκριση με τις συνήθεις συνθήκες. Αυτή η έρευνα έχει μεγάλη σημασία επειδή αποδεικνύει επιστημονικά ότι τα ελαττώματα δεν είναι απλώς δομικοί περιορισμοί, αλλά μπορούν στην πραγματικότητα να αποτελέσουν βασικό παράγοντα για τη βελτίωση της απόδοσης του καταλύτη.
Ο καθηγητής Suil In δήλωσε: «Αυτή η έρευνα είναι σημαντική, καθώς υποδηλώνει τη δυνατότητα σχεδιασμού και ελέγχου των «ενεργών θέσεων» που καθορίζουν την απόδοση του καταλύτη. Αυτό θα συμβάλει στην επιτάχυνση της εμπορευματοποίησης της τεχνολογίας που μετατρέπει το διοξείδιο του άνθρακα σε πολύτιμο καύσιμο.
«Το γεγονός ότι αυτή η έρευνα διευκρίνισε τη διαδικασία μετατροπής του διοξειδίου του άνθρακα σε μεθάνιο σε ατομικό επίπεδο συνδυάζοντας πειραματική έρευνα και κβαντομηχανικούς υπολογισμούς είναι επίσης ένα σημαντικό επίτευγμα».
www.worldenergynews.gr
