Новая солнечная технология превращает парниковые газы в ценное топливо

Новый фотокатализатор, разработанный Шанхайским университетом Цзяо Тонг, предлагает экологичный и эффективный способ преобразования парниковых газов в химические вещества с использованием солнечной энергии, что представляет собой крупный прогресс в устойчивом химическом производстве.

Новый фотокатализатор под названием Rh/InGaN_1-СПривет_с, представляет собой наноструктуру, состоящую из наночастиц родия, иммобилизованных на модифицированных кислородом нанопроволоках нитрида индия-галлия, выращенных на кремниевых подложках. Под концентрированным солнечным освещением этот композитный материал демонстрирует выдающиеся результаты в сухой конверсии метана (DRM) с диоксидом углерода.₂достигая скорости выделения синтетического газа 180,9 ммоль г_кот^-1 ЧАС^-1 С селективностью 96,3%. Это представляет собой значительное улучшение по сравнению с традиционными каталитическими системами, которые часто требуют больших затрат энергии и страдают от быстрой дезактивации.

«Наша работа представляет собой важный шаг вперед в решении двойной проблемы выбросов парниковых газов и устойчивого производства энергии», — сказал профессор Баоинь Чжоу, ведущий исследователь из Шанхайского университета Цзяо Тонг. «Используя силу солнечной энергии и рационально разработанную наноинженерию, мы продемонстрировали экологически чистый и эффективный способ преобразования отходящих газов в ценные химические ресурсы».

т/енган_1-СПривет_с Нанопроволоки были исследованы для светового преобразования сухого метана с диоксидом углерода в синтез-газ (CH₄ + компания₂ + Свет = 2CO + 2H₂). Предполагается, что частичная замена N в InGaN на O может существенно улучшить активность и стабильность катализатора при световом освещении без дополнительного нагрева. Фото: China Science Press.

Синергетические эффекты и механистические идеи

Исследователи объясняют исключительные характеристики своего фотокатализатора синергическими эффектами, возникающими в результате сочетания фотоактивных нанопроволок InGaN, модифицированной кислородом поверхности и каталитически активных наночастиц родия. Механистические исследования показали, что внедренные атомы кислорода играют решающую роль в повышении выбросов CO2.₂ Активация, облегчение образования углекислого газа и подавление дезактивации катализатора отложением кокса.

Результаты этого исследования, опубликованные в престижном журнале Science Bulletin, открывают путь к разработке передовых фотокаталитических систем для устойчивого производства топлива и химикатов из возобновляемых ресурсов. Команда считает, что их подход можно распространить и на другие важные химические реакции, открывая новые возможности для экологизации химической промышленности.

«Мы воодушевлены перспективами этой технологии», — сказал профессор Баоинь Чжоу. «Дальнейшим улучшением конструкции катализатора и конфигурации реактора мы стремимся масштабировать процесс и продемонстрировать его осуществимость для практического применения».

Ссылка: «Наноструктура Rh/InGaN1-xOx для фотоуправляемой конверсии метана с CO2 в сторону синтез-газа», авторы Исинь Ли, Цзинлин Ли, Тяньци Ю, Лян Цю, Сайед М. Наджиб Хасан, Линь Яо, Ху Пан, Шамс Аль-Ирфан, Шериф. Мухаммад Садаф, Ли Чжоу и Баоинь Чжоу, 12 февраля 2024 г., Научный бюллетень.
doi: 10.1016/j.scib.2024.02.020