Nhóm nghiên cứu do Giáo sư In Soo-Il thuộc Khoa Kỹ thuật Năng lượng tại DGIST dẫn đầu đã phát triển một chất xúc tác quang hiệu suất cao có khả năng chuyển đổi carbon dioxide (CO 2 ) , nguyên nhân chính gây ra hiện tượng nóng lên toàn cầu, thành nguồn năng lượng mêtan. Nhóm nghiên cứu đã tối ưu hóa thành phần của chất đồng xúc tác hạt nano và pha tạp ruthenium để tối đa hóa tính chất quang và điện của chất xúc tác quang.
Tín dụng: DGIST
Đồng thời, họ đã cải thiện hiệu suất chuyển đổi khí metan bằng cách tăng cường khả năng hấp phụ CO 2 thông qua xử lý bề mặt bằng hydroxy. Nhóm nghiên cứu hy vọng công nghệ này có thể áp dụng để thu và sử dụng carbon, giúp kiểm soát nồng độ CO 2 trong khí quyển ngày càng tăng đồng thời chuyển hóa nó thành nguồn khí mê-tan.
Năm 2022, nồng độ CO 2 toàn cầu vượt 420ppm, mức cao nhất trong 4,1 triệu năm. Sự gia tăng chưa từng thấy về nồng độ CO 2 trong khí quyển đã dẫn đến các thảm họa liên quan đến khí hậu trên toàn thế giới, bao gồm thiệt hại kinh tế 20 tỷ USD (khoảng 25,4 nghìn tỷ KRW) do hạn hán ở châu Âu và mưa xối xả kỷ lục trên Bán đảo Triều Tiên.
Để giải quyết vấn đề này, cần giảm nồng độ CO 2 , nguyên nhân gây ra thảm họa khí hậu. Diễn đàn Kinh tế Thế giới đã xác định "các hợp chất năng lượng mặt trời" có khả năng chuyển đổi CO 2 , tác nhân chính gây ra hiện tượng nóng lên toàn cầu, thành các loại nhiên liệu khác nhau sử dụng năng lượng mặt trời là một trong mười công nghệ hứa hẹn hàng đầu của năm 2020.
Trong số các công nghệ hợp chất năng lượng mặt trời, chất xúc tác quang chuyển đổi CO 2 có độ ổn định cao thành nhiên liệu như metan chỉ sử dụng ánh sáng mặt trời và chất xúc tác quang thông qua các phản ứng ở pha khí đang thu hút sự chú ý như là công nghệ chủ chốt cho ngành hóa chất trong tương lai, với mục đích giảm CO 2 trong khí quyển và sản xuất nhiên liệu. đồng thời.
Tuy nhiên, các chất xúc tác quang được thương mại hóa hiện nay như P25 có những hạn chế, chẳng hạn như khe năng lượng lớn ngăn cản sự hấp thụ ánh sáng khả kiến và quá trình truyền điện tích chậm. Một số nghiên cứu đã cố gắng giải quyết những vấn đề này. Tuy nhiên, những thách thức trong việc đạt được sự phát triển chất xúc tác quang hiệu suất cao vẫn tồn tại do các vấn đề cố hữu như hiệu suất hấp phụ và chuyển đổi CO2 thấp trong các phản ứng ở pha khí.
Nhóm nghiên cứu tại DGIST do Giáo sư In Soo-Il dẫn đầu đã phát triển một chất xúc tác quang hiệu suất cao bằng cách gắn các chất đồng xúc tác hạt nano bạc vào P25 làm từ titan dioxide và cải thiện hiệu suất truyền điện tích bằng pha tạp ruthenium. Họ cũng giải quyết vấn đề nồng độ CO 2 thấp trên bề mặt chất xúc tác trong các phản ứng ở pha khí bằng cách hình thành các nhóm hydroxy trên bề mặt chất xúc tác quang thông qua xử lý hydro peroxide.
Nhóm nghiên cứu đã chứng minh rằng các electron tích lũy ở trạng thái trung gian của cấu trúc dải P25 thông qua pha tạp ruthenium. Những electron tích lũy này sau đó được chuyển sang chất đồng xúc tác hạt nano bạc, chuyển CO 2 thành metan.
Nhóm nghiên cứu cũng xác định được thành phần tối ưu để sản xuất khí metan từ CO 2 một cách hiệu quả bằng cách phân tích chất đồng xúc tác hạt nano bạc và pha tạp ruthenium. Hơn nữa, bằng cách đo lượng CO 2 bị hấp phụ , họ đã chứng minh rằng bề mặt chất xúc tác quang hấp phụ CO 2 có tính axit hơn khi nó được kiềm hóa bằng hydro peroxide.
Giáo sư In Soo-Il từ DGIST cho biết: "Chất xúc tác quang mới được phát triển đồng thời cải thiện khả năng hấp thụ ánh sáng nhìn thấy, khả năng hấp phụ CO 2 và chuyển điện tử. Nó chuyển đổi lượng khí mêtan gấp 135 lần với độ chọn lọc 95% so với các chất xúc tác quang P25 được thương mại hóa hiện nay và duy trì trên 96 % ngay cả sau 24 giờ hoạt động liên tục. Chúng tôi sẽ tiến hành nghiên cứu tiếp theo để cải thiện độ ổn định và tính chọn lọc của hydrocarbon cho ứng dụng thực tế của công nghệ này."
Kết quả nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí Năng lượng Carbon .
