Nieuwe zonnetechnologie zet broeikasgassen om in waardevolle brandstoffen

Een nieuwe fotokatalysator ontwikkeld door de Shanghai Jiao Tong Universiteit biedt een groene en efficiënte manier om broeikasgassen om te zetten in chemicaliën met behulp van zonne-energie, wat een grote vooruitgang betekent in de duurzame chemische productie.

De nieuwe fotokatalysator, genaamd Rh/InGaN_1-SHoi_S, is een nanostructuur bestaande uit rhodiumnanodeeltjes geïmmobiliseerd op met zuurstof gemodificeerde indium-galliumnitride nanodraden gegroeid op siliciumsubstraten. Onder geconcentreerd zonlicht vertoont dit composietmateriaal uitstekende prestaties voor de droge reformatie van methaan (DRM) met koolstofdioxide₂waarbij een synthesegasontwikkelingssnelheid van 180,9 mmol g werd bereikt_kat^-1 H^-1 Met een selectiviteit van 96,3%. Dit vertegenwoordigt een aanzienlijke verbetering ten opzichte van conventionele katalytische systemen, die vaak een hoge energie-input vereisen en last hebben van snelle deactivering.

“Ons werk vertegenwoordigt een grote stap voorwaarts in het aanpakken van de dubbele uitdagingen van de uitstoot van broeikasgassen en de productie van duurzame energie”, zegt professor Baoyin Zhou, hoofdonderzoeker van de Shanghai Jiao Tong Universiteit. “Door de kracht van zonne-energie en rationeel ontworpen nano-engineering te benutten, hebben we een groene en efficiënte route gedemonstreerd om afvalgassen om te zetten in waardevolle chemische hulpbronnen.”

t/engan_1-SHoi_S Nanodraden zijn onderzocht voor de door licht aangedreven hervorming van droog methaan met koolstofdioxide in de richting van syngas (CH₄ + bedrijf₂ + Licht = 2CO + 2H₂). Er wordt gesuggereerd dat gedeeltelijke vervanging van N in InGaN door O de activiteit en stabiliteit van de katalysator onder lichte verlichting zonder extra verwarming aanzienlijk kan verbeteren. Krediet: China Science Press

Synergetische effecten en mechanistische inzichten

De onderzoekers schrijven de uitzonderlijke prestaties van hun fotokatalysator toe aan synergetische effecten die voortkomen uit de combinatie van fotoactieve InGaN-nanodraden, een met zuurstof gemodificeerd oppervlak en katalytisch actieve rhodiumnanodeeltjes. Mechanistische studies hebben aangetoond dat ingebouwde zuurstofatomen een cruciale rol spelen bij het verhogen van de CO2-uitstoot₂ Activering, vergemakkelijking van de vorming van kooldioxide en onderdrukking van de deactivering van de katalysator door afzetting van cokes.

De resultaten van dit onderzoek, gepubliceerd in het prestigieuze tijdschrift Science Bulletin, maken de weg vrij voor de ontwikkeling van geavanceerde fotokatalytische systemen voor de duurzame productie van brandstoffen en chemicaliën uit hernieuwbare bronnen. Het team gelooft dat hun aanpak kan worden uitgebreid naar andere belangrijke chemische reacties, wat nieuwe kansen biedt voor het groener maken van de chemische industrie.

“We zijn enthousiast over de vooruitzichten van deze technologie”, zegt professor Baoyin Zhou. “Door het katalysatorontwerp en de reactorconfiguratie verder te verbeteren, willen we het proces opschalen en de haalbaarheid ervan voor praktische toepassingen aantonen.”

Referentie: “Rh/InGaN1−xOx nanostructuur voor fotogestuurde hervorming van methaan met CO2 in de richting van syngas” door Yixin Li, Jinglin Li, Tianqi Yu, Liang Qiu, Syed M. Najeeb Hassan, Lin Yao, Hu Pan, Shams Al-Arfin, Sherif. Muhammad Sadaf, Li Zhou en Baoyin Zhou, 12 februari 2024, Wetenschapsbulletin.
doi: 10.1016/j.scib.2024.02.020