ابداع یک کاتالیزور جدید برای تولید هیدروژن سبز با نور
به گزارش گردو دانلود، یک فوتوکاتالیست جدید از جنس مس-رودیوم از یک طراحی آنتن-راکتور برای تجزیه متان و بخار آب بدون حرارت خارجی در هنگام قرار گرفتن در معرض طول موج خاصی از نور استفاده می نماید.
به گزارش گردو دانلود به نقل از ایسنا، هیدروژن یک عنصر فراوان، قدرتمند و همه کاره برای تولید انرژی پاک است که می تواند در گذار به یک اکوسیستم انرژی پایدار حیاتی باشد.
با این وجود، پروسه شیمیایی بالاتر از نیمی از تولید جهانی هیدروژن بطور قابل توجهی به انتشار گازهای گلخانه ای کمک می نماید.
محققان دانشگاه رایس برای غلبه بر این مشکل، کاتالیزوری ابداع نموده اند که می تواند با بهره گیری از نور بجای گرما برای هدایت این واکنش، اصلاح بخار متان(SMR) را بطورکامل بدون انتشار هر نوع گاز گلخانه ای انجام دهد.
اصلاح بخار(Steam reforming) روشی برای تولید هیدروژن، مونوکسید کربن و سایر محصولات مفید از سوخت های هیدروکربنی مانند گاز طبیعی است. در این تکنیک از یک دستگاه فرآورش به نام اصلاح کننده استفاده می شود که بخار را در دمای بالا با سوخت فسیلی واکنش می دهد. بطور مثال اصلاح متان بوسیله بخار به شکل گسترده ای در صنایع مختلف با هدف تولید هیدروژن مورد استفاده قرار می گیرد.
اصلاح بخار متان(SMR) هم یک واکنش شیمیایی است که هیدروژن و مونوکسید کربن را از گاز طبیعی و سایر منابع متان تولید می کند.
استفاده از نور بجای گرما
این پژوهش می تواند برای افزایش طول عمر کاتالیزور، افزایش کارآیی و کاهش هزینه ها در فرآیندهای مختلف صنعتی تحت تأثیر کُک سازی که نوعی تجمع کربن است که می تواند کاتالیزورها را غیرفعال نماید، ضروری باشد.
این فتوکاتالیست جدید مس-رودیوم دارای طراحی آنتن-راکتوری است که متان و بخار آب را بدون نیاز به گرمایش خارجی در صورت قرار گرفتن در معرض طول موج خاصی از نور تجزیه می کند.
این فرایند، هیدروژن و مونوکسید کربن تولید می کند که مواد اولیه با ارزشی برای صنایع شیمیایی هستند و به انتشار گازهای گلخانه ای منجر نمی شوند.
پیتر نوردلندر(Peter Nordlander) استاد فیزیک و نجوم و استاد برق، مهندسی کامپیوتر و علم مواد و مهندسی نانو در دانشگاه رایس می گوید: این یکی از تأثیرگذارترین یافته های ما تا حالا است، برای اینکه جایگزین بهبود یافته ای برای آن چه مسلماً مهم ترین واکنش شیمیایی برای جامعه مدرن است، ارائه می کند. ما یک روش کاملا جدید و بسیار پایدارتر برای انجام SMR به وجود آورده ایم.
نوردلندر و نائومی هالاس(Naomi Halas) استاد دانشگاه رایس و استاد مهندسی برق و کامپیوتر از دانشگاه رایس سرپرست این مطالعه هستند که بتازگی در مجله Nature Catalysis انتشار یافته است.
مسیر جدید واکنش SMR از کشفی مربوط به سال ۲۰۱۱ در لابراتوار های هالاس و نوردلندر در دانشگاه رایس استفاده می نماید. آنها دریافتند که پلاسمون ها(نوسانات جمعی الکترون ها در نانوذرات فلزی) زمانی که در معرض نور قرار می گیرند، می توانند «حامل های داغ» را ساطع کنند که الکترون های پرانرژی و حفره هایی هستند که می توانند واکنش های شیمیایی را هدایت کنند.
تولید هیدروژن سبز
ییگائو یوان(Yigao Yuan) یک دانشجوی دکترا در دانشگاه رایس و از نویسندگان این مطالعه می گوید: ما فتوشیمی پلاسمونی را انجام می دهیم. پلاسمون در اینجا واقعاً کلید ماست، برای اینکه پلاسمون ها واقعاً جاذب های نور کارایی هستند و می توانند حامل های بسیار پرانرژی تولید کنند که می توانند شیمی مورد نیاز ما را بسیار کارآمدتر از ترموکاتالیز معمولی انجام دهند.
این سیستم کاتالیست جدید از نانوذرات مس به عنوان آنتن های جمع آوری انرژی بهره می گیرد.
از آنجا که سطح پلاسمونی نانوذرات مس به خوبی با متان پیوند نمی خورد، اتم ها و خوشه های رودیم به عنوان محل های واکنش اضافه شدند.
ذرات رودیوم مولکول های آب و متان را به سطح پلاسمونی متصل می کنند و از انرژی حامل های داغ برای هدایت واکنش SMR استفاده می نمایند.
یوان می گوید: ما خیلی از سیستم های کاتالیزوری را آزمایش کردیم، اما این یکی بهترین عملکرد را داشت.
این پژوهش نشان میدهد که فناوری آنتن-راکتور می تواند بطور موثری غیرفعال سازی کاتالیزور ناشی از اکسیداسیون و کُک سازی را برطرف کند.
این فناوری، کاتالیزور را با بهره گیری از نور با بهره گیری از حامل های داغ برای حذف گونه های اکسیژن و رسوبات کربن با موفقیت بازسازی می کند.
نوردلندر می گوید کلید این اثر قابل توجه، قرارگیری هوشمندانه رودیوم است که بطور کم و ناهموار در سطح نانوذرات پخش می شود.
هیدروژن هم اکنون بیشتر در تاسیسات بزرگ و متمرکز تولید می شود که برای انتقال گاز به محل استفاده نیاز دارند.
در مقابل، SMR نور محور است و امکان تولید هیدروژن بر حسب تقاضا را فراهم می آورد که یک مزیت کلیدی جهت استفاده در کاربردهای در رابطه با حمل و نقل مانند ایستگاه های سوخت هیدروژن یا وسایل نقلیه است.
هالاس در آخر می گوید: این پژوهش پتانسیل فتوشیمی نوآورانه را برای تغییر شکل فرآیندهای مهم صنعتی نشان میدهد و ما را به آینده انرژی پایدار از نظر زیست محیطی نزدیک تر می کند.
منبع: گردو دانلود
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب