Новий каталізатор використовує світло, а не тепло для виробництва зеленого водню

Новий мідно-родієвий фотокаталізатор використовує конструкцію антени-реактора для розкладання метану і водяної пари без зовнішнього нагріву під впливом світла певної довжини хвилі. Про це пише Interesting Engineering.

Водень — екологічно чисте, потужне й універсальне джерело енергії — може зіграти вирішальну роль у переході до стійкої енергетичної екосистеми.

Однак хімічний процес, на який припадає понад половина світового виробництва водню, робить значний внесок у викиди парникових газів.

Щоб зупинити цей процес, дослідники з Університету Райса розробили каталізатор, який може зробити парову конверсію метану (SMR) повністю безвикидною, використовуючи для проведення реакції світло замість тепла.

SMR — це хімічна реакція, внаслідок якої з природного газу та інших джерел метану генеруються водень та оксид вуглецю.

Дослідження може мати вирішальне значення для продовження терміну служби каталізаторів, підвищення ефективності та зниження витрат у різних промислових процесах, схильних до коксування — типу накопичення вуглецю, який може дезактивувати каталізатори.

Новий мідно-родієвий фотокаталізатор має конструкцію антени-реактора, яка розкладає метан і водяну пару без необхідності зовнішнього нагріву під впливом світла певної довжини хвилі.

Унаслідок цього процесу утворюються водень і оксид вуглецю, які є цінною сировиною для хімічної промисловості та не сприяють викидам парникових газів.

"Це одне з наших найбільш вражаючих відкриттів на сьогоднішній день, оскільки воно пропонує поліпшену альтернативу тому, що, можливо, є найважливішою хімічною реакцією для сучасного суспільства", — сказав Пітер Нордландер, завідувач кафедрою Вісса в Райсі, професор фізики та астрономії, а також професор електротехніки та обчислювальної техніки, матеріалознавства та наноінженерії.

"Ми розробили абсолютно новий, набагато стійкіший спосіб проведення SMR".

Нордлендер і Наомі Халас, професор Університету Райса і професор електротехніки та обчислювальної техніки імені Стенлі К. Мура, є авторами дослідження, нещодавно опублікованого в журналі Nature Catalysis.

Новий шлях реакції SMR використовує відкриття 2011 року, зроблене лабораторіями Халаса і Нордлендера в Університеті Райса. Вони виявили, що плазмони — колективні коливання електронів у металевих наночастинках, коли вони піддаються впливу світла — можуть випускати "гарячі носії", що являють собою високоенергетичні електрони і дірки, здатні керувати хімічними реакціями.

Ми займаємося плазмонною фотохімією — плазмон тут справді наш ключ, — тому що плазмони є справді ефективними поглиначами світла, і вони можуть генерувати дуже енергійні носії, які можуть виконувати необхідні нам хімічні процеси набагато ефективніше, ніж звичайний термокаталіз, — сказав Ігао Юань, докторант Райсського університету, який є першим автором дослідження.

Нова каталітична система використовує наночастинки міді як антени, що збирають енергію. Оскільки плазмонна поверхня наночастинок міді погано зв'язується з метаном, як реакційні центри було додано атоми і кластери родію. Частинки родію прикріплюють молекули води і метану до плазмонної поверхні, використовуючи енергію гарячих носіїв для запуску реакції SMR. "Ми протестували безліч каталітичних систем, але ця виявилася найкращою", — сказав Юань.

Дослідження показують, що технологія антенно-реакторного типу може ефективно розв'язувати проблему дезактивації каталізатора, спричинену окисленням і коксуванням. Ця технологія успішно відновлює каталізатор за допомогою світла, використовуючи гарячі носії для видалення видів кисню і вуглецевих відкладень. Нордландер сказав, що ключем до цього "чудового ефекту стало грамотне розміщення родію", який розподілений економно і нерівномірно по поверхні наночастинок.

Раніше ми писали про те, що створено сонячні панелі "чорніше ночі", які не бояться снігу. Компанія LONGi пропонує фотоелемент Hi-MO X6 All-Black для вертикального встановлення в районах, де багато снігу.

Також повідомляли, що Китай вперше відправить сонячні панелі в море. Очікується, що морська сонячна установка витримуватиме 10-метрові хвилі та доповнить наявні вітряні станції в майбутньому.