Напредъкът в лазерната технология отваря нови перспективи за по-чисто гориво и енергия

Учените са разработили лазерна технология, която може да отвори пътища за чисти горива и енергийни технологии в бъдеще.

Спешно се нуждаем от щадящи околната среда и устойчиви начини за замяна на изкопаемите горива, нефта и природния газ. Въглеродният диоксид (CO2) е изобилен отпадъчен продукт, произведен от всички дейности и източници, които разчитат на изкопаеми горива. Около 35 милиарда метрични тона въглероден диоксид се отделят в нашата на планетата атмосфера годишно като отпадъчен продукт от електроцентрали, превозни средства и промишлени инсталации по целия свят. За да се смекчат ефектите от CO2 върху глобалния климат, този изхабен CO2 може по-скоро да се превърне в използваем енергия като въглероден оксид и други богати на енергия източници. Например, при реакция с вода CO2 произвежда богат на енергия водороден газ, когато реагира с водород, той произвежда полезни химикали като въглеводороди или алкохол. Такива продукти могат да се използват за различни цели и то в световен индустриален мащаб.

Електрокатализаторите са катализатори, които участват в електрохимични реакции - когато протича химическа реакция, но също така участва електрическа енергия. Например, правилният катализатор може да помогне за реагиране на водород и кислород, за да се получи вода по контролиран начин, в противен случай това ще бъде просто произволна смес от два газа. Или дори да произвежда електричество чрез изгаряне на водород и кислород. Електрокатализаторите модифицират или увеличават скоростта на химичните реакции, без самите те да се консумират в реакцията. В контекста на CO2, електрокатализаторите се разглеждат като уместни и обещаващи по отношение на постигането на „стъпаловидна промяна“ на ефективността при намаляване на CO2 по желание.

За съжаление, точният механизъм за това как работят тези електрокатализатори не е напълно разбран и остава значително предизвикателство да се разграничат слоевете от краткоживеещи междинни молекули с „шума“ на неактивните молекули в разтвора. Това ограничено разбиране на механизма създава трудности при всякакви възможни промени в дизайна на електрокатализаторите.

Учени от университета в Ливърпул във Великобритания демонстрираха лазер-базирана спектроскопска техника за електрохимична редукция на въглероден диоксид in situ в тяхното проучване, публикувано в Природна катализа. Те използваха вибрационно генериране на сумарна честота или VSFG спектроскопия за първи път заедно с електрохимични експерименти за изследване на катализатор (Mn(bpy)(CO)3Br), който се разглежда като обещаващ електрокатализатор за намаляване на CO2. За първи път се наблюдава поведението на важни посредници, които присъстват в каталитичния цикъл на реакцията за много кратък интервал. Технологията VSFG прави възможно проследяването на поведението и движението на дори изключително краткотрайни видове в каталитичен цикъл и следователно ни помага да разберем как функционират електрокатализаторите. И така, разбира се точното поведение на това как електрокатализаторите работят в химическа реакция.

Това проучване дава представа за някои от сложните химически пътища и може да ни позволи да създадем нови проекти за електрокатализатори. Изследователите вече проучват как да подобрят чувствителността на тази техника и разработват нова система за откриване за по-добро съотношение сигнал/шум. Този подход може да помогне за отварянето на пътища за ефективност чисто гориво и да съберете повече потенциал за чиста енергия. Подобен процес в крайна сметка трябва да бъде индустриално мащабиран за постигане на по-голяма ефективност на търговско ниво. Работата с големи количества CO2, произведен от инсталации за изгаряне на изкопаеми горива, ще изисква индустриален напредък.

***

{Можете да прочетете оригиналната изследователска статия, като щракнете върху връзката DOI, дадена по-долу в списъка с цитирани източници}

Източник (и)

Neri G и сътр. 2018. Откриване на каталитични междинни продукти на повърхността на електрода по време на редукция на въглероден диоксид от богат на земята катализатор. Природна катализа. https://doi.org/10.17638/datacat.liverpool.ac.uk/533

***