لایه های پراکنده ذرات نقره 10 نانومتری باعث افزایش تولید CO از CO2 می شود.
الکترولیز می تواند CO2 را به CO کاهش دهد، یک ماده خام برای محصولات شیمیایی مانند سوخت. در پروژه GreenQUEST، یک تیم بین المللی به رهبری شیمیدان HZB، Prashanth Menezes، به طور سیستماتیک لایه های کاتالیزوری ساخته شده از نانوذرات نقره را بررسی کرده اند که هم اندازه ذرات و هم چگالی متفاوتی دارند.
توسط انجمن هلمهولتز از مراکز تحقیقاتی آلمان
ویرایش شده توسط گابی کلارک، بررسی توسط رابرت ایگان
این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:
الکترولیز می تواند CO 2 را به CO کاهش دهد که یک ماده خام برای محصولات شیمیایی مانند سوخت است. در پروژه GreenQUEST، یک تیم بین المللی به رهبری شیمیدان HZB، Prashanth Menezes، به طور سیستماتیک لایه های کاتالیزوری ساخته شده از نانوذرات نقره را بررسی کرده اند که هم اندازه ذرات و هم چگالی متفاوتی دارند.
در کار آنها که در مجله Advanced Functional Materials منتشر شده است، بهترین بازده از نانوذرات با توزیع ضعیف با قطر حدود 10 نانومتر بدست آمد. این تیم همچنین نشان داد که چگونه افزودن یک واکنش شیمیایی در آند میتواند بازده اقتصادی سلول الکتروشیمیایی را بهبود بخشد و تولید همزمان اسید فرمیک، هیدروژن و CO را در یک دستگاه ممکن میسازد.
گاز گلخانه ای CO 2 را می توان با استفاده از انرژی الکتریکی به صورت الکترولیتی به مونوکسید کربن (CO) کاهش داد. در مراحل بعدی، CO و H2 تولید شده از طریق فرآیندهای الکتروشیمیایی، گاز سنتز را تشکیل میدهند که به DME تبدیل میشود و سپس به صورت کاتالیزوری به سبز-LFG تبدیل میشود که در درجه اول شامل پروپان (C3H5) و بوتان (C4H10) است. اگر انرژی الکتریکی برای الکترولیز از انرژی خورشیدی یا باد حاصل شود، این فناوری را می توان کربن خنثی در نظر گرفت زیرا CO 2 بازیافت می شود.
تیم هایی از HZB با موسسات شریک در آفریقای جنوبی در این فناوری در پروژه GreenQUEST همکاری می کنند. هدف آنها توسعه یک سوخت پخت و پز "سبز" مقرون به صرفه و پایدار (gLFG) به عنوان یک جایگزین تمیزتر برای پخت و پز سنتی مبتنی بر زیست توده، به ویژه در مناطق روستایی آفریقای جنوبی است که در آن هیزم منبع مهم انرژی خانگی است.
تیمی به رهبری Menezes در HZB اکنون راهی برای بهبود کارایی و مقرون به صرفه بودن کاهش الکترولیتی CO 2 به CO نشان داده اند. آنها به طور سیستماتیک لایه های کاتالیزوری ساخته شده از نانوذرات نقره را بررسی کردند که هم اندازه ذرات و هم چگالی آنها را روی یک ماده پودر کربنی که الکترود کربن را می پوشاند متفاوت است.
دکتر نیکلاس هاسمن، یکی از نویسندگان این مطالعه میگوید: «ما قبلا میدانستیم که نانوذرات بسیار ریز تکامل هیدروژن را افزایش میدهند، که بازده مونوکسید کربن را کاهش میدهد. برعکس، نانوذرات بسیار بزرگ از نظر کاتالیزوری کمتر فعال هستند. ما میخواستیم بهینه دقیق را شناسایی کنیم.» این مطالعه نشان میدهد که بهترین بازده از نانوذرات با قطر حدود 10 نانومتر بدست میآید که بهطور ضعیف روی مواد کربنی توزیع شدهاند (0.2 میلیگرم در هر سانتیمتر مربع الکترود).
گام دوم باعث بهبود بیشتر شد. در حالی که دی اکسید کربن در کاتد به مونوکسید کربن کاهش می یابد، یک واکنش تکاملی اکسیژن به طور معمول در آند انجام می شود. این واکنش انرژی زیادی را مصرف می کند که باید از طریق الکتریسیته تامین شود و فقط اکسیژن تولید می کند که ارزش اقتصادی ندارد.
این تیم اکنون نشان داده است که افزودن آلدئیدها به الکترولیت می تواند واکنش تکامل اکسیژن را با واکنش اکسیداسیون آلدئید جایگزین کند. این امر مصرف انرژی کل فرآیند را بیش از 30 درصد کاهش می دهد. علاوه بر این، به جای اکسیژن، گاز هیدروژن مفید و اسیدهای کربوکسیلیک ارزشمند مانند اسید فرمیک تولید می شود.
کاتالیزور بهینه سازی شده مبتنی بر نانوذرات نقره بازده فارادی تقریبا 100 درصد برای CO بیش از 100 ساعت نشان داد. تحقیقات با استفاده از طیفسنجی فوتوالکترون اشعه ایکس تأیید کرد که ساختار الکترونیکی و شیمیایی ذرات فعال نقره در طول عملیات تا حد زیادی پایدار میماند.
منزز می گوید: "اگر تولید CO را با تولید هیدروژن و تشکیل همزمان سایر مواد شیمیایی با ارزش افزوده مانند اسید فرمیک ترکیب کنیم، می توانیم ارزش کلی فرآیند الکتروشیمیایی را بهبود بخشیم. CO و هیدروژن می توانند به عنوان بلوک های ساختمانی برای تولید بعدی سوخت ها و مواد شیمیایی پایدار عمل کنند."
Venkata S. R. K. Tandava و همکاران، جداسازی اثرات اندازه و بارگذاری در نانوذرات نقره برای الکترولیز دی اکسید کربن و فرمالدئید جفت شده کارآمد، مواد عملکردی پیشرفته (2026). DOI: 10.1002/adfm.78365
اطلاعات مجله: Advanced Functional Materials
ارائه شده توسط انجمن هلمهولتز از مراکز تحقیقاتی آلمان
کارشناسی ارشد زبان انگلیسی، ویرایشگر کپی از سال 2021 با تجربه در آموزش عالی و محتوای بهداشتی. تقدیم به اخبار معتبر علمی. نمایه کامل →
لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →
متن اصلی (انگلیسی)
Sparse layers of 10-nanometer silver particles boost CO production from CO₂
Electrolysis can reduce CO2 to CO, a raw material for chemical products such as fuels. Within the GreenQUEST project, an international team led by HZB chemist Prashanth Menezes has systematically investigated catalyst layers made of silver nanoparticles, varying both particle size and density.