Noua tehnologie solară transformă gazele cu efect de seră în combustibili valoroși

Fotocatalizatorul inovator, Rh/InGaN1-xOx, care folosește energia solară pentru a transforma gazele cu efect de seră în substanțe chimice valoroase, reprezintă un salt major în producția chimică durabilă. Această nanostructură constă din nanoparticule de rodiu pe nanofire de nitrură de indiu galiu, sporind eficiența reformării metanului uscat folosind dioxid de carbon. Credit: SciTechDaily.com

Un nou fotocatalizator dezvoltat de Universitatea Jiao Tong din Shanghai oferă o modalitate ecologică și eficientă de a converti gazele cu efect de seră în substanțe chimice folosind energia solară, reprezentând un progres major în producția chimică durabilă.

Noul fotocatalizator, numit Rh/InGaN_1-SHei_s, este o nanostructură constând din nanoparticule de rodiu imobilizate pe nanofire de nitrură de indiu galiu modificat cu oxigen crescute pe substraturi de siliciu. Sub iluminare solară concentrată, acest material compozit prezintă performanțe remarcabile pentru reformarea uscată a metanului (DRM) cu dioxid de carbon₂realizând o viteză de degajare a gazelor sintetice de 180,9 mmol g_pisică^-1 H^-1 Cu o selectivitate de 96,3%. Aceasta reprezintă o îmbunătățire semnificativă față de sistemele catalitice convenționale, care necesită adesea un aport mare de energie și suferă de dezactivare rapidă.

„Munca noastră reprezintă un pas major înainte în abordarea provocărilor duble ale emisiilor de gaze cu efect de seră și producției de energie durabilă”, a declarat profesorul Baoyin Zhou, cercetător principal de la Universitatea Jiao Tong din Shanghai. „Prin valorificarea puterii energiei solare și a nanoingineriei proiectate rațional, am demonstrat o cale verde și eficientă pentru a transforma gazele reziduale în resurse chimice valoroase.”

t/engan_1-SHei_s Nanofirele au fost explorate pentru reformarea condusă de lumină a metanului uscat cu dioxid de carbon spre gaz de sinteză (CH₄ + companie₂ + Lumină = 2CO + 2H₂). Se sugerează că înlocuirea parțială a N din InGaN cu O poate îmbunătăți semnificativ activitatea și stabilitatea catalizatorului sub iluminare luminoasă, fără încălzire suplimentară. Credit: China Science Press

Efecte sinergice și perspective mecaniciste

Cercetătorii atribuie performanța excepțională a fotocatalizatorului lor efectelor sinergice care decurg din combinația de nanofire fotoactive InGaN, o suprafață modificată cu oxigen și nanoparticule de rodiu active catalitic. Studiile mecaniciste au arătat că atomii de oxigen încorporați joacă un rol crucial în creșterea CO2₂ Activarea, facilitarea generării de dioxid de carbon și suprimarea dezactivării catalizatorului prin depunerea de cocs.

Rezultatele acestei cercetări, publicate în prestigioasa jurnală Science Bulletin, deschid calea dezvoltării sistemelor fotocatalitice avansate pentru producția durabilă de combustibili și substanțe chimice din resurse regenerabile. Echipa consideră că abordarea lor poate fi extinsă la alte reacții chimice importante, oferind noi oportunități pentru ecologizarea industriei chimice.

„Suntem încântați de perspectivele acestei tehnologii”, a spus profesorul Baoyin Zhou. „Prin îmbunătățirea în continuare a designului catalizatorului și a configurației reactorului, ne propunem să extindem procesul și să demonstrăm fezabilitatea acestuia pentru aplicații practice.”

Referință: „Rh/InGaN1−xOx nanostructure for photo-driven methane reforming with CO2 toward syngas” de Yixin Li, Jinglin Li, Tianqi Yu, Liang Qiu, Syed M. Najeeb Hassan, Lin Yao, Hu Pan, Shams Al-Irfan, Sherif. Muhammad Sadaf, Li Zhou și Baoyin Zhou, 12 februarie 2024, Buletinul de Știință.
doi: 10.1016/j.scib.2024.02.020