Minerali tal-ħamrija mifrux ħafna, α-iron-(III) oxyhydroxide, instab li huwa katalist riċiklabbli għat-tnaqqis fotoattiv tad-dijossidu tal-karbonju għal aċidu formiku. Kreditu: Prof. Kazuhiko Maeda
It-tnaqqis fotokimiku tas-CO2 għal fjuwils trasportabbli bħall-aċidu formiku (HCOOH) huwa mod tajjeb biex jiġu miġġielda ż-żieda fil-livelli tas-CO2 fl-atmosfera. Biex jgħin f'dan il-kompitu, tim ta' riċerka fl-Istitut tat-Teknoloġija ta' Tokyo għażel minerali bbażat fuq il-ħadid faċilment disponibbli u għabbih fuq appoġġ tal-alumina biex jiżviluppa katalist li jista' jikkonverti s-CO2 f'HCOOH b'mod effiċjenti, b'selettività ta' madwar 90%!
Il-vetturi elettriċi huma għażla attraenti għal ħafna nies, u raġuni ewlenija hija li m'għandhomx emissjonijiet tal-karbonju. Madankollu, żvantaġġ kbir għal ħafna huwa n-nuqqas ta' firxa tagħhom u l-ħinijiet twal ta' ċċarġjar. Hawnhekk fejn il-fjuwils likwidi bħall-gażolina għandhom vantaġġ kbir. Id-densità għolja tal-enerġija tagħhom tfisser firxiet twal u mili mill-ġdid malajr.
Il-bdil minn gażolina jew diżil għal fjuwil likwidu differenti jista' jelimina l-emissjonijiet tal-karbonju filwaqt li jżomm il-vantaġġi tal-fjuwils likwidi. F'ċella tal-fjuwil, pereżempju, l-aċidu formiku jista' jħaddem magna filwaqt li jirrilaxxa ilma u dijossidu tal-karbonju. Madankollu, jekk l-aċidu formiku jiġi prodott billi jitnaqqas is-CO2 atmosferiku għal HCOOH, allura l-uniku output nett huwa l-ilma.
Iż-żieda fil-livelli tad-dijossidu tal-karbonju fl-atmosfera tagħna u l-kontribut tagħhom għat-tisħin globali issa huma aħbar komuni. Hekk kif ir-riċerkaturi esperimentaw b'approċċi differenti għall-problema, ħarġet soluzzjoni effettiva—li tibdel id-dijossidu tal-karbonju żejjed fl-atmosfera f'kimiċi rikki fl-enerġija.
Il-produzzjoni ta' fjuwils bħall-aċidu formiku (HCOOH) permezz tat-tnaqqis fotoloġiku tas-CO2 fid-dawl tax-xemx ġibdet ħafna attenzjoni dan l-aħħar għaliex il-proċess għandu benefiċċju doppju: inaqqas l-emissjonijiet żejda tas-CO2 u jgħin ukoll biex jimminimizza n-nuqqas ta' enerġija li qed niffaċċjaw bħalissa. Bħala trasportatur eċċellenti għall-idroġenu b'densità għolja ta' enerġija, l-HCOOH jista' jipprovdi enerġija permezz tal-kombustjoni filwaqt li jirrilaxxa biss ilma bħala prodott sekondarju.
Biex din is-soluzzjoni lukrattiva ssir realtà, ix-xjentisti żviluppaw sistemi fotokatalitiċi li jnaqqsu d-dijossidu tal-karbonju bl-għajnuna tad-dawl tax-xemx. Din is-sistema tikkonsisti minn sottostrat li jassorbi d-dawl (jiġifieri, fotosensibilizzatur) u katalist li jippermetti t-trasferiment ta' elettroni multipli meħtieġ għat-tnaqqis tas-CO2 għal HCOOH. U b'hekk bdew ifittxu katalisti adattati u effiċjenti!
Tnaqqis fotokatalitiku tad-dijossidu tal-karbonju bl-użu ta' infografika komposta użata b'mod komuni. Kreditu: Professur Kazuhiko Maeda
Minħabba l-effiċjenza u l-potenzjal ta' riċiklaġġ tagħhom, il-katalisti solidi huma kkunsidrati l-aħjar kandidati għal dan il-kompitu, u matul is-snin, ġew esplorati l-kapaċitajiet katalitiċi ta' ħafna oqfsa metalliċi-organiċi (MOFs) ibbażati fuq il-kobalt, il-manganiż, in-nikil u l-ħadid, fosthom dan tal-aħħar għandu xi vantaġġi fuq metalli oħra. Madankollu, ħafna mill-katalisti bbażati fuq il-ħadid irrappurtati s'issa jipproduċu biss monossidu tal-karbonju bħala l-prodott ewlieni, mhux HCOOH.
Madankollu, din il-problema ġiet solvuta malajr minn tim ta’ riċerkaturi fl-Istitut tat-Teknoloġija ta’ Tokyo (Tokyo Tech) immexxi mill-Professur Kazuhiko Maeda. Fi studju reċenti ppubblikat fil-ġurnal kimiku Angewandte Chemie, it-tim wera katalist ibbażat fuq il-ħadid appoġġjat mill-alumina (Al2O3) bl-użu ta’ α-iron(III) oxyhydroxide (α-FeO​​​OH; ġeotite). Il-katalist ġdid α-FeO​​​OH/Al2O3 juri prestazzjoni eċċellenti ta’ konverżjoni ta’ CO2 għal HCOOH u riċiklabbiltà eċċellenti. Meta mistoqsi dwar l-għażla tagħhom ta’ katalist, il-Professur Maeda qal: “Irridu nesploraw elementi aktar abbundanti bħala katalisti f’sistemi ta’ fototnaqqis tas-CO2. Għandna bżonn katalist solidu li jkun attiv, riċiklabbli, mhux tossiku u rħis. Huwa għalhekk li għażilna minerali tal-ħamrija mifruxa b’mod wiesa’ bħall-goetite għall-esperimenti tagħna.”
It-tim uża metodu sempliċi ta' impregnazzjoni biex jissintetizza l-katalist tagħhom. Imbagħad użaw materjali Al2O3 appoġġjati bil-ħadid biex inaqqsu s-CO2 b'mod fotokatalitiku f'temperatura tal-kamra fil-preżenza ta' fotosensibilizzatur ibbażat fuq ir-rutenju (Ru), donatur tal-elettroni, u dawl viżibbli b'tul ta' mewġ ta' aktar minn 400 nanometru.
Ir-riżultati huma inkoraġġanti ħafna. Is-selettività tas-sistema tagħhom għall-prodott ewlieni HCOOH kienet ta' 80–90% b'rendiment kwantistiku ta' 4.3% (li jindika l-effiċjenza tas-sistema).
Dan l-istudju jippreżenta katalist solidu bbażat fuq il-ħadid, l-ewwel tat-tip tiegħu, li jista' jiġġenera HCOOH meta mqabbel ma' fotosensibilizzatur effiċjenti. Jiddiskuti wkoll l-importanza ta' materjal ta' appoġġ xieraq (Al2O3) u l-effett tiegħu fuq ir-reazzjoni ta' tnaqqis fotokimiku.
It-tagħrif minn din ir-riċerka jista’ jgħin fl-iżvilupp ta’ katalisti ġodda ħielsa minn metalli nobbli għat-tnaqqis fotoattiv tad-dijossidu tal-karbonju għal kimiċi utli oħra. “Ir-riċerka tagħna turi li t-triq lejn ekonomija tal-enerġija ekoloġika mhijiex ikkumplikata. Anke metodi sempliċi ta’ preparazzjoni ta’ katalisti jistgħu jagħtu riżultati tajbin, u huwa magħruf sew li komposti abbundanti fid-dinja, jekk appoġġjati minn komposti bħall-alumina, jistgħu jintużaw bħala katalist selettiv għat-tnaqqis tas-CO2,” jikkonkludi l-Prof. Maeda.
Referenzi: "Alumina-Supported Alpha-Iron (III) Oxyhydroxide bħala Katalizzatur Solidu Riċiklabbli għal CO2 Photoreduction taħt Dawl Viżibbli" minn Daehyeon An, Dr Shunta Nishioka, Dr Shuhei Yasuda, Dr Tomoki Kanazawa, Dr Yoshinobu Kamakura, Prof. Yoshinobu Kamakura, Prof .. Shunta Nishioka No. Kazuhiko Maeda, 12 ta' Mejju 2022, Angewandte Chemie.DOI: 10.1002 / anie.202204948
"Hawnhekk fejn il-fjuwils likwidi bħall-gażolina għandhom vantaġġ kbir. Id-densità għolja tal-enerġija tagħhom tfisser distanzi twal u mili mill-ġdid malajr."
Xi ngħidu għal xi numri? Id-densità tal-enerġija tal-aċidu formiku kif titqabbel mal-gażolina? B'atomu wieħed tal-karbonju biss fil-formula kimika, niddubita li tista' saħansitra toqrob lejn il-gażolina.
Barra minn hekk, ir-riħa hija tossika ħafna u, bħala aċidu, hija aktar korrużiva mill-gażolina. Dawn mhumiex problemi ta' inġinerija li ma jistgħux jiġu solvuti, iżda sakemm l-aċidu formiku ma joffrix vantaġġi sinifikanti biex tiżdied il-firxa u jitnaqqas il-ħin tal-mili mill-ġdid tal-batterija, probabbilment ma jiswiex l-isforz.
Kieku ppjanaw li jiġbdu l-goethite mill-ħamrija, din tkun operazzjoni tal-minjieri li teħtieġ ħafna enerġija u potenzjalment tagħmel ħsara lill-ambjent.
Jistgħu jsemmu ħafna goethite fil-ħamrija għax nissuspetta li jkun jeħtieġ aktar enerġija biex tinkiseb il-materja prima meħtieġa u jiġu reattiviti biex tiġi sintetizzata l-goethite.
Huwa neċessarju li wieħed iħares lejn iċ-ċiklu tal-ħajja kollu tal-proċess u jikkalkula l-ispiża tal-enerġija ta’ kollox. In-NASA ma sabet l-ebda ħaġa bħal tnedija bla ħlas. Oħrajn jeħtieġ li jżommu dan f’moħħhom.
SciTechDaily: Dar tal-aqwa aħbarijiet teknoloġiċi mill-1998. Żomm ruħek aġġornat bl-aħħar aħbarijiet teknoloġiċi permezz tal-email jew il-midja soċjali.
Il-ħsieb biss dwar it-togħmiet affumikati u intossikanti tal-BBQ huwa biżżejjed biex ħafna nies iħossuhom iħossuhom tajjeb. Is-sajf wasal, u għal ħafna...