Khám phá về lúa gạo khai thác 'chất mang nóng' để tái tạo hydro và chất xúc tác theo yêu cầu, không phát thải
Là một mặt hàng năng lượng đốt sạch, mạnh mẽ và đa năng, hydro có thể đóng vai trò quan trọng trong quá trình chuyển đổi sang hệ sinh thái năng lượng bền vững. Tuy nhiên, quá trình hóa học chịu trách nhiệm cho hơn một nửa sản lượng hydro toàn cầu hiện nay là nguồn phát thải khí nhà kính đáng kể. Các nhà nghiên cứu của Đại học Rice đã phát triển một chất xúc tác có thể khiến quá trình cải cách khí mê-tan bằng hơi nước (SMR) hoàn toàn không phát thải bằng cách sử dụng ánh sáng thay vì nhiệt để thúc đẩy phản ứng. Hơn nữa, nghiên cứu này có thể chứng minh là công cụ hữu ích để kéo dài tuổi thọ của chất xúc tác nói chung, cải thiện hiệu suất và giảm chi phí cho một số quy trình công nghiệp bị ảnh hưởng bởi quá trình cốc hóa, một dạng tích tụ cacbon có thể làm mất hoạt tính của chất xúc tác.
Chất xúc tác quang đồng-rhodium mới có thiết kế lò phản ứng ăng-ten, khi tiếp xúc với bước sóng ánh sáng cụ thể, sẽ phân hủy mê-tan và hơi nước mà không cần gia nhiệt bên ngoài thành hydro và carbon monoxide ⎯ một nguyên liệu đầu vào có giá trị cho ngành công nghiệp hóa chất và không phải là khí nhà kính.
Peter Nordlander, Chủ tịch Wiess của Rice, Giáo sư Vật lý và Thiên văn học, giáo sư kỹ thuật điện và máy tính, khoa học vật liệu và kỹ thuật nano, cho biết:
Đây là một trong những phát hiện có tác động lớn nhất của chúng tôi cho đến nay, vì nó cung cấp một giải pháp thay thế được cải tiến cho phản ứng hóa học được cho là quan trọng nhất đối với xã hội hiện đại,
“Chúng tôi đã phát triển một phương pháp hoàn toàn mới và bền vững hơn nhiều để thực hiện SMR.”
Nordlander và Naomi Halas, Giáo sư Đại học Rice và Giáo sư Kỹ thuật Điện và Máy tính Stanley C. Moore, là tác giả liên hệ của một nghiên cứu về kết quả này được công bố trên tạp chí Nature Catalysis.
Con đường phản ứng SMR mới tận dụng khám phá năm 2011 từ phòng thí nghiệm Halas và Nordlander tại Rice rằng plasmon — dao động tập thể của các electron xảy ra khi các hạt nano kim loại tiếp xúc với ánh sáng — có thể phát ra "các hạt mang nóng" hoặc các electron và lỗ trống năng lượng cao có thể được sử dụng để thúc đẩy các phản ứng hóa học.
Yigao Yuan, một nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Rice và là tác giả đầu tiên của nghiên cứu này, cho biết:
Chúng tôi thực hiện quang hóa plasmon — plasmon thực sự là chìa khóa của chúng tôi ở đây — bởi vì plasmon thực sự là chất hấp thụ ánh sáng hiệu quả và chúng có thể tạo ra các chất mang năng lượng rất cao có thể thực hiện phản ứng hóa học mà chúng tôi cần hiệu quả hơn nhiều so với nhiệt xúc tác thông thường,
Hệ thống chất xúc tác mới sử dụng các hạt nano đồng làm ăng-ten thu năng lượng. Tuy nhiên, vì bề mặt plasmonic của các hạt nano đồng không liên kết tốt với mêtan, nên các nguyên tử và cụm rhodium được rắc vào làm vị trí lò phản ứng. Các hạt rhodium liên kết các phân tử nước và mêtan với bề mặt plasmonic, khai thác năng lượng của các chất mang nóng để cung cấp nhiên liệu cho phản ứng SMR.
Yuan cho biết,
Chúng tôi đã thử nghiệm nhiều hệ thống xúc tác, nhưng hệ thống này tỏ ra hoạt động tốt nhất,
Nghiên cứu cũng cho thấy công nghệ lò phản ứng ăng-ten có thể khắc phục tình trạng mất hoạt tính chất xúc tác do quá trình oxy hóa và đóng cốc bằng cách sử dụng chất mang nóng để loại bỏ các loại oxy và cặn cacbon, tái tạo chất xúc tác bằng ánh sáng một cách hiệu quả.
Nordlander cho biết chìa khóa cho điều này
Hiệu ứng đáng chú ý là sự sắp xếp khéo léo của rhodium,
được phân bố rải rác và không đều trên bề mặt của các hạt nano.
Phần lớn hydro hiện được sản xuất tại các cơ sở tập trung lớn, đòi hỏi phải vận chuyển khí đến nơi sử dụng. Ngược lại, SMR chạy bằng ánh sáng cho phép tạo ra hydro theo yêu cầu, một lợi ích chính để sử dụng trong các ứng dụng liên quan đến tính di động như trạm tiếp nhiên liệu hydro hoặc thậm chí là phương tiện.
Halas cho biết,
Nghiên cứu này cho thấy tiềm năng của quang hóa học sáng tạo trong việc định hình lại các quy trình công nghiệp quan trọng, đưa chúng ta đến gần hơn với tương lai năng lượng bền vững với môi trường,
Nghiên cứu được hỗ trợ bởi Quỹ Robert A. Welch (C-1220, C-1222) và Văn phòng Nghiên cứu Khoa học Không quân (FA9550-15-1-0022). Cơ quan Thiết bị Chia sẻ tại Rice đã cung cấp những hiểu biết có giá trị và hỗ trợ phân tích dữ liệu.
Khám phá về lúa gạo khai thác 'chất mang nóng' để tái tạo hydro và chất xúc tác theo yêu cầu, không phát thải
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
