Vàng đen chứa niken chuyển đổi CO2 thành hóa chất sử dụng năng lượng mặt trời và hydro xanh

Vàng đen chứa niken chuyển đổi CO2 thành hóa chất sử dụng năng lượng mặt trời và hydro xanh

    Vàng đen chứa niken chuyển đổi CO2 thành hóa chất sử dụng năng lượng mặt trời và hydro xanh
    bởi Viện nghiên cứu cơ bản Tata

    Nickel laden black gold converts CO2 to chemicals using solar energy and green hydrogen
    Niken vàng đen plasmonic xúc tác các phản ứng hydro hóa CO2 quan trọng chiến lược sử dụng năng lượng mặt trời, với tốc độ tạo ra CO vượt trội. Phản ứng tuân theo cơ chế trung gian điện tử nóng và cung cấp một cách bền vững để khép kín chu trình cacbon và do đó chống biến đổi khí hậu. Ảnh: Ông Rishi Verma và Giáo sư Vivek Polshettiwar


    Hydro hóa CO2 bằng hydro xanh là một trong những quy trình tốt nhất để chống biến đổi khí hậu và có thể cung cấp một giải pháp duy nhất cho ba vấn đề thách thức, 1) mức CO2 quá mức, 2) sự không phù hợp tạm thời giữa sản xuất và nhu cầu điện mặt trời, và 3) lưu trữ khí hydro . Tuy nhiên, phản ứng hydro hóa CO2 cần nhiệt độ rất cao, khiến chất xúc tác nhanh chóng bị mất hoạt tính.

    Trong công trình mới được xuất bản trên ACS Nano, các nhà nghiên cứu tại Viện Nghiên cứu Cơ bản Tata (TIFR), Mumbai, đã đặt câu hỏi liệu quá trình hydro hóa CO2 ở nhiệt độ cao này có thể được xúc tác ở nhiệt độ phòng đến nhiệt độ vừa phải thông qua sự kích thích plasmonic của H2 và CO2 bằng cách sử dụng chất xúc tác plasmonic hay không . Họ đã chứng minh rằng vàng-niken đen plasmonic xúc tác hiệu quả quá trình hydro hóa CO2 bằng cách sử dụng ánh sáng khả kiến.

    Phản ứng diễn ra ở nhiệt độ thấp từ 84 đến 223°C mà không cần gia nhiệt bên ngoài. Các nhà nghiên cứu nhận thấy hoạt động xúc tác tăng gấp nhiều lần so với DPC-C4 đến mức khả năng quang hóa có thể đo lường chỉ được quan sát thấy với DPC-C4-Ni. Nó cho thấy tốc độ tạo ra CO được báo cáo tốt nhất là 2464± 40 mmol gNi-1 h-1 và độ chọn lọc lớn hơn 95% trong các điều kiện dòng chảy. Chất xúc tác cho thấy sự ổn định phi thường (100 giờ).

    Sự phụ thuộc của định luật lũy thừa siêu tuyến tính vào cường độ ánh sáng (số mũ định luật lũy thừa 5,6) với hiệu suất lượng tử của chất xúc tác quang tăng lên khi cường độ ánh sáng và nhiệt độ phản ứng tăng lên, trong khi hiệu ứng đồng vị động học (KIE) trong ánh sáng (1,91) cao hơn trong tối, xác nhận cơ chế phản ứng trung gian điện tử nóng. Các nghiên cứu cực nhanh về động lực học của hạt tải điện nóng đã chứng minh quá trình bơm electron cực nhanh từ Au sang Ni, đưa vào lò phản ứng Ni các hạt tải điện. Các nhà nghiên cứu đã quan sát thấy dấu hiệu quang phổ của sự tạo ra điện tích gián tiếp như vậy do sự chuyển điện tử nóng từ vàng sang niken. Các mô phỏng miền thời gian khác biệt hữu hạn cũng cho thấy sự tăng cường cường độ trường cục bộ cao do plasmon gây ra trong DPC-C4-Ni.

    Một nghiên cứu DRIFTS tại chỗ cho thấy dao động kéo dài C=O của CO liên kết tuyến tính trên đỉnh nguyên tử Ni, trong khi sự hình thành các loài carbonyl cầu bị cản trở. Quá trình hydro hóa CO2 diễn ra theo con đường phân ly trực tiếp thông qua liên kết tuyến tính niken-CO. CO liên kết tuyến tính trên các vị trí Ni của DPC-C4-Ni được liên kết yếu do liên kết Ni-C yếu của nó. Do đó, quá trình giải hấp CO hiệu quả, hạn chế quá trình hydro hóa thành metan, dẫn đến độ chọn lọc CO hơn 95%.

    Tốc độ sản xuất và tính chọn lọc cao là do các NP Ni được phân tán cao trên vàng đen, cung cấp đường dẫn CO liên kết yếu, bên cạnh khả năng thu ánh sáng tuyệt vời của vàng đen. Do sự kích thích của các electron trong dải niken d lên mức năng lượng cao hơn trong quá trình giảm xóc plasmon của XUÂN vàng đen, cũng như để lấp đầy dải d Ni do sự chuyển điện tử nóng từ vàng đen sang Ni, các vị trí Ni cho thấy hoạt động xuất sắc ngay cả ở kích thước hạt nhỏ hơn.

    Hiệu suất xúc tác vượt trội của vàng đen-Ni có thể cung cấp một cách để phát triển các chất xúc tác plasmonic để giảm CO2 và các quy trình xúc tác khác sử dụng vàng đen.

    Zalo
    Hotline