Các nhà nghiên cứu đã biến đổi thành công CO 2 thành metanol bằng cách chiếu ánh sáng mặt trời lên các nguyên tử đồng đơn lẻ lắng đọng trên vật liệu kích hoạt bằng ánh sáng, một khám phá mở đường cho việc tạo ra nhiên liệu xanh mới.
Lò phản ứng nơi chất xúc tác được thử nghiệm để biến CO 2 thành metanol. Tín dụng: Đại học Nottingham
Một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế đến từ Trường Hóa học thuộc Đại học Nottingham, Đại học Birmingham, Đại học Queensland và Đại học Ulm đã thiết kế một loại vật liệu làm từ đồng neo trên carbon nitrit tinh thể nano.
Các nguyên tử đồng được lồng trong cấu trúc tinh thể nano, cho phép các electron chuyển từ carbon nitride sang CO2, một bước thiết yếu trong quá trình sản xuất metanol từ CO2 dưới tác động của bức xạ mặt trời. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Năng lượng & Nhiên liệu bền vững.
Trong quá trình quang xúc tác, ánh sáng chiếu vào vật liệu bán dẫn kích thích các electron, cho phép chúng di chuyển qua vật liệu để phản ứng với CO2 và nước, tạo ra nhiều loại sản phẩm hữu ích, bao gồm metanol, một loại nhiên liệu xanh. Bất chấp những tiến bộ gần đây, quá trình này vẫn còn thiếu hiệu quả và tính chọn lọc.
Carbon dioxide là tác nhân lớn nhất gây ra hiện tượng nóng lên toàn cầu. Mặc dù có thể chuyển đổi CO2 thành các sản phẩm hữu ích nhưng các phương pháp nhiệt truyền thống lại dựa vào hydro có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa thạch. Điều quan trọng là phát triển các phương pháp thay thế dựa trên xúc tác quang và điện, tận dụng năng lượng mặt trời bền vững và nguồn nước dồi dào có mặt khắp nơi.
Tiến sĩ Madasamy Thangamuthu, nhà nghiên cứu tại Trường Hóa học, Đại học Nottingham, người đồng chủ trì nhóm nghiên cứu, cho biết: “Có rất nhiều loại vật liệu khác nhau được sử dụng trong quá trình quang xúc tác. Điều quan trọng là chất xúc tác quang hấp thụ ánh sáng và tách các hạt mang điện với hiệu quả cao. Theo cách tiếp cận của chúng tôi, chúng tôi kiểm soát vật liệu ở cấp độ nano. Chúng tôi đã phát triển một dạng carbon nitride mới với các miền tinh thể có kích thước nano cho phép tương tác hiệu quả với ánh sáng cũng như phân tách điện tích vừa đủ."
Các nhà nghiên cứu đã nghĩ ra quy trình đốt nóng carbon nitrit đến mức độ kết tinh cần thiết, tối đa hóa các đặc tính chức năng của vật liệu này cho quá trình quang xúc tác. Sử dụng phương pháp phún xạ magnetron, họ lắng đọng đồng nguyên tử trong một quy trình không dung môi, cho phép tiếp xúc chặt chẽ giữa các nguyên tử bán dẫn và kim loại.
Tara LeMercier, bằng tiến sĩ. sinh viên thực hiện công việc thí nghiệm tại Trường Hóa học thuộc Đại học Nottingham cho biết: “Chúng tôi đã đo dòng điện do ánh sáng tạo ra và sử dụng nó làm tiêu chí để đánh giá chất lượng của chất xúc tác. Ngay cả khi không có đồng, dạng carbon nitride mới hoạt động mạnh gấp 44 lần so với carbon nitrit truyền thống."
"Tuy nhiên, thật ngạc nhiên, việc bổ sung chỉ 1 mg đồng trên 1 g carbon nitride đã tăng gấp bốn lần hiệu suất này. Quan trọng nhất là độ chọn lọc đã thay đổi từ metan, một loại khí nhà kính khác, sang metanol, một loại nhiên liệu xanh có giá trị."
Giáo sư Andrei Khlobystov, Trường Hóa học, Đại học Nottingham, cho biết: "Việc bình ổn hóa carbon dioxide là chìa khóa để đạt được tham vọng không khí thải của Vương quốc Anh. Điều cực kỳ quan trọng là đảm bảo tính bền vững của vật liệu xúc tác của chúng tôi cho phản ứng quan trọng này. A Ưu điểm lớn của chất xúc tác mới là nó bao gồm các nguyên tố bền vững – carbon, nitơ và đồng – tất cả đều rất phong phú trên hành tinh của chúng ta.”
Phát minh này thể hiện một bước tiến quan trọng hướng tới sự hiểu biết sâu sắc về vật liệu quang xúc tác trong quá trình chuyển hóa CO 2 . Nó mở ra một con đường tạo ra các chất xúc tác có tính chọn lọc cao và có thể điều chỉnh được, trong đó sản phẩm mong muốn có thể được tạo ra bằng cách kiểm soát chất xúc tác ở cấp độ nano.
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/@PacificGroupCoLtd
