Լայնորեն տարածված հողի հանքանյութը՝ α-երկաթ-(III) օքսիհիդրօքսիդը, հայտնաբերվել է որպես վերամշակվող կատալիզատոր ածխաթթու գազի ֆոտովերականգնման համար՝ մինչև մրջնաթթվի։ Լուսանկարը՝ պրոֆեսոր Կազուհիկո Մաեդայի
CO2-ի ֆոտովերականգնումը մինչև փոխադրելի վառելիք, ինչպիսին է մրջնաթթվը (HCOOH), լավ միջոց է մթնոլորտում CO2-ի մակարդակի բարձրացման դեմ պայքարելու համար: Այս խնդիրը լուծելու համար Տոկիոյի տեխնոլոգիական ինստիտուտի հետազոտական ​​​​խումբը ընտրել է հեշտությամբ հասանելի երկաթի վրա հիմնված հանքանյութ և այն տեղադրել ալյումինե հենարանի վրա՝ մշակելու համար կատալիզատոր, որը կարող է արդյունավետորեն CO2-ը վերածել HCOOH-ի՝ մոտ 90% ընտրողականությամբ:
Էլեկտրական մեքենաները գրավիչ տարբերակ են շատերի համար, և հիմնական պատճառն այն է, որ դրանք ածխածնի արտանետումներ չունեն: Սակայն շատերի համար մեծ թերություն է դրանց քիչ լիցքավորումը և երկար լիցքավորման ժամանակը: Ահա թե որտեղ են հեղուկ վառելիքները, ինչպիսին է բենզինը, մեծ առավելություն ունեն: Դրանց բարձր էներգիայի խտությունը նշանակում է երկար լիցքավորում և արագ լիցքավորում:
Բենզինից կամ դիզելային վառելիքից այլ հեղուկ վառելիքի անցնելը կարող է վերացնել ածխածնի արտանետումները՝ պահպանելով հեղուկ վառելիքի առավելությունները: Օրինակ՝ վառելիքային բջիջում մրջնաթթուն կարող է շարժիչը աշխատեցնել՝ միաժամանակ ջուր և ածխաթթու գազ արտանետելով: Այնուամենայնիվ, եթե մրջնաթթուն արտադրվում է մթնոլորտային CO2-ը HCOOH-ի վերականգնելու միջոցով, ապա միակ զուտ ելքը ջուրն է:
Մեր մթնոլորտում ածխաթթու գազի մակարդակի բարձրացումը և դրա ներդրումը գլոբալ տաքացման մեջ այժմ տարածված նորություն են։ Հետազոտողները փորձարկեցին խնդրի լուծման տարբեր մոտեցումներ, և ի հայտ եկավ արդյունավետ լուծում՝ մթնոլորտում առկա ավելցուկային ածխաթթու գազը վերածել էներգիայով հարուստ քիմիական նյութերի։
Վերջերս մեծ ուշադրություն է գրավել այնպիսի վառելիքների արտադրությունը, ինչպիսին է մրջնաթթվի (HCOOH) արտադրությունը՝ CO2-ի լուսավերականգնման միջոցով, քանի որ այս գործընթացն ունի կրկնակի օգուտ. այն նվազեցնում է CO2-ի ավելցուկային արտանետումները և նաև օգնում է նվազագույնի հասցնել այն էներգիայի պակասը, որը մենք ներկայումս բախվում ենք: Որպես բարձր էներգիայի խտությամբ ջրածնի գերազանց կրող, HCOOH-ը կարող է էներգիա ապահովել այրման միջոցով՝ որպես ենթամթերք արտանետելով միայն ջուր:
Այս շահավետ լուծումը իրականություն դարձնելու համար գիտնականները մշակել են լուսակատալիտիկ համակարգեր, որոնք արևի լույսի օգնությամբ նվազեցնում են ածխաթթու գազը: Այս համակարգը բաղկացած է լույսը կլանող հիմքից (այսինքն՝ լուսազգայունացնողից) և կատալիզատորից, որը հնարավորություն է տալիս իրականացնել CO2-ը HCOOH-ի վերականգնման համար անհրաժեշտ բազմակի էլեկտրոնների փոխանցումը: Եվ այսպես սկսվեց հարմար և արդյունավետ կատալիզատորների որոնումը:
Ածխաթթու գազի ֆոտոկատալիտիկ վերականգնում՝ օգտագործելով լայնորեն օգտագործվող միացությունների ինֆոգրաֆիկա։ Հեղինակ՝ պրոֆեսոր Կազուհիկո Մաեդա
Իրենց արդյունավետության և վերամշակման հնարավորության շնորհիվ, պինդ կատալիզատորները համարվում են այս խնդրի լավագույն թեկնածուները, և տարիների ընթացքում ուսումնասիրվել են բազմաթիվ կոբալտի, մանգանի, նիկելի և երկաթի վրա հիմնված մետաղ-օրգանական կառուցվածքների (MOF) կատալիտիկ հնարավորությունները, որոնցից վերջինս որոշ առավելություններ ունի այլ մետաղների նկատմամբ: Այնուամենայնիվ, մինչ այժմ հաղորդված երկաթի վրա հիմնված կատալիզատորների մեծ մասը որպես հիմնական արտադրանք արտադրում է միայն ածխածնի մոնօքսիդ, այլ ոչ թե HCOOH:
Սակայն այս խնդիրը արագ լուծվեց Տոկիոյի տեխնոլոգիական ինստիտուտի (Tokyo Tech) հետազոտողների խմբի կողմից՝ պրոֆեսոր Կազուհիկո Մաեդայի գլխավորությամբ: Քիմիական Angewandte Chemie ամսագրում վերջերս հրապարակված ուսումնասիրության մեջ թիմը ցուցադրեց ալյումինի (Al2O3) հիմքով երկաթի վրա հիմնված կատալիզատոր՝ օգտագործելով α-երկաթի (III) օքսիհիդրօքսիդ (α-FeO​​ OH; գեոթիտ): Նորարարական α-FeO​​ OH/Al2O3 կատալիզատորը ցուցաբերում է CO2-ից HCOOH-ի գերազանց փոխակերպման կատարողականություն և գերազանց վերամշակելիություն: Երբ պրոֆեսոր Մաեդային հարցրին կատալիզատորի ընտրության մասին, նա ասաց. «Մենք ցանկանում ենք ուսումնասիրել ավելի առատ տարրեր որպես կատալիզատորներ CO2 ֆոտովերականգնման համակարգերում: Մեզ անհրաժեշտ է պինդ կատալիզատոր, որը կլինի ակտիվ, վերամշակելի, ոչ թունավոր և էժան: Ահա թե ինչու մենք մեր փորձերի համար ընտրեցինք լայնորեն տարածված հողի հանքանյութեր, ինչպիսին է գյոթիտը»:
Խումբը կիրառեց պարզ իմպրեգացման մեթոդ՝ իրենց կատալիզատորը սինթեզելու համար։ Այնուհետև նրանք օգտագործեցին երկաթով հենված Al2O3 նյութեր՝ CO2-ը սենյակային ջերմաստիճանում ֆոտոկատալիտիկորեն նվազեցնելու համար՝ ռութենիումի վրա հիմնված (Ru) լուսազգայունացուցիչի, էլեկտրոնային դոնորի և 400 նանոմետրից ավելի ալիքի երկարությամբ տեսանելի լույսի առկայության դեպքում։
Արդյունքները շատ խրախուսելի են։ Նրանց համակարգի ընտրողականությունը HCOOH հիմնական արտադրանքի համար կազմել է 80–90%՝ 4.3% քվանտային ելքով (ինչը ցույց է տալիս համակարգի արդյունավետությունը)։
Այս ուսումնասիրությունը ներկայացնում է իր տեսակի մեջ առաջին երկաթի վրա հիմնված պինդ կատալիզատոր, որը կարող է առաջացնել HCOOH՝ արդյունավետ լուսազգայունացուցիչի հետ զուգակցվելիս։ Այն նաև քննարկում է համապատասխան կրող նյութի (Al2O3) կարևորությունը և դրա ազդեցությունը լուսաքիմիական վերականգնման ռեակցիայի վրա։
Այս հետազոտության արդյունքները կարող են օգնել մշակել ազնիվ մետաղներից զերծ նոր կատալիզատորներ՝ ածխաթթու գազի ֆոտովերականգնման համար՝ այլ օգտակար քիմիական նյութերի վերածվելու համար։ «Մեր հետազոտությունը ցույց է տալիս, որ կանաչ էներգիայի տնտեսության ուղին բարդ չէ։ Նույնիսկ կատալիզատորի պատրաստման պարզ մեթոդները կարող են հիանալի արդյունքներ տալ, և լավ հայտնի է, որ երկրի վրա առատ միացությունները, եթե աջակցվեն այնպիսի միացություններով, ինչպիսին է ալյումինի օքսիդը, կարող են օգտագործվել որպես ընտրողական կատալիզատոր CO2-ի վերականգնման համար», - եզրափակում է պրոֆեսոր Մաեդան։
Հղումներ՝ «Ալյումինով աջակցվող ալֆա-երկաթի (III) օքսիհիդրօքսիդը որպես վերամշակելի պինդ կատալիզատոր՝ տեսանելի լույսի ներքո CO2-ի ֆոտոնվազեցման համար»՝ Դեյհյեոն Անի, դոկտոր Շունտա Նիշիոկայի, դոկտոր Շուհեյ Յասուդայի, դոկտոր Թոմոկի Կանազավայի, դոկտոր Յոշինոբու Կամակուրայի, Յոշինոբու Կամակուրայի, պրոֆ. Պրոֆեսոր Կազուհիկո Մաեդա, 2022 թվականի մայիսի 12, Angewandte Chemie.DOI: 10.1002 / anie.202204948
«Ահա թե որտեղ են հեղուկ վառելիքները, ինչպիսին է բենզինը, մեծ առավելություն ունեն։ Դրանց բարձր էներգիայի խտությունը նշանակում է երկար հեռավորություններ և արագ վերալիցքավորում»։
Իսկ ի՞նչ կասեք որոշ թվերի մասին։ Ինչպե՞ս է մրջնաթթվի էներգետիկ խտությունը համեմատվում բենզինի հետ։ Քիմիական բանաձևում ընդամենը մեկ ածխածնի ատոմ ունենալով՝ կասկածում եմ, որ այն նույնիսկ կմոտենա բենզինին։
Բացի այդ, հոտը շատ թունավոր է և, որպես թթու, այն ավելի կոռոզիվ է, քան բենզինը։ Սրանք անլուծելի ինժեներական խնդիրներ չեն, բայց եթե մրջնաթթուն զգալի առավելություններ չի առաջարկում հեռահարությունը մեծացնելու և մարտկոցի լիցքավորման ժամանակը կրճատելու հարցում, ապա այն, հավանաբար, չարժե ջանք գործադրել։
Եթե ​​նրանք պլանավորեին հողից գեոթիտ արդյունահանել, դա կլիներ էներգատար հանքարդյունաբերական գործողություն և պոտենցիալ վնասակար կլիներ շրջակա միջավայրի համար։
Նրանք կարող են նշել հողում գյոթիտի մեծ պարունակության մասին, քանի որ կասկածում եմ, որ անհրաժեշտ հումքը ստանալու և դրանք ռեակցիայի մեջ դնելու համար գյոթիտը սինթեզելու համար ավելի շատ էներգիա կպահանջվի։
Անհրաժեշտ է դիտարկել գործընթացի ամբողջ կյանքի ցիկլը և հաշվարկել ամեն ինչի էներգիայի արժեքը։ ՆԱՍԱ-ն չի գտել ազատ մեկնարկի նման բան։ Մյուսները պետք է սա հիշեն։
SciTechDaily. 1998 թվականից ի վեր լավագույն տեխնոլոգիական նորությունների տունը: Մնացեք տեղեկացված վերջին տեխնոլոգիական նորություններից էլ. փոստի կամ սոցիալական ցանցերի միջոցով:
Միայն խորովածի ծխագույն և հարբեցնող համերի մասին մտածելն էլ բավական է, որ մարդկանց մեծ մասը թքարտադրություն սկսի։ Ամառը եկել է, և շատերի համար…