Киң таралган туфрак минералы, α-тимер-(III) оксигидроксиды, углекислый газның кумурска кислотасына фоторедукциясе өчен кабат эшкәртелә торган катализатор булып тора. Автор: Проф. Казухико Маэда
CO2ны фоторедукцияләү, мәсәлән, кумурска кислотасы (HCOOH) кебек транспорт ягулыгына, атмосферада CO2 дәрәҗәсе артуга каршы торуның яхшы ысулы. Бу бурычны хәл итү өчен, Токио технология институтының тикшеренү төркеме җиңел табыла торган тимер нигезендәге минералны сайлап алды һәм аны алюминий оксиды терәгенә урнаштырды, бу CO2ны HCOOHга нәтиҗәле әйләндерә ала торган катализатор эшләү өчен эшләнде, бу якынча 90% сайлаучанлык!
Электромобильләр күп кешеләр өчен җәлеп итүчән вариант булып тора, һәм моның төп сәбәбе - аларның углерод чыгарулары юк. Ләкин күпләр өчен зур кимчелек - аларның ераклыкка җитмәү һәм озын зарядка вакыты. Бензин кебек сыек ягулыкның зур өстенлеге шунда. Аларның югары энергия тыгызлыгы озын араларны һәм тиз ягулык тутыруны аңлата.
Бензин яки дизель ягулыгыннан башка сыек ягулыкка күчү углерод чыгаруны бетерә ала, шул ук вакытта сыек ягулыкның өстенлекләрен саклый. Мәсәлән, ягулык элементында, кумурска кислотасы двигательне эшләтә ала, шул ук вакытта су һәм углерод газын чыгара. Әмма, әгәр кумурска кислотасы атмосферадагы CO2ны HCOOH га кадәр киметү юлы белән җитештерелсә, ул вакытта бердәнбер чиста чыгару - су.
Атмосферабызда углекислый газ дәрәҗәсенең артуы һәм аларның глобаль җылынуга өлеше хәзер гадәти яңалыкларга әйләнде. Тикшеренүчеләр проблемага төрлечә карашлар белән эксперимент ясаганда, нәтиҗәле чишелеш табылды - атмосферадагы артык углекислый газны энергиягә бай химик матдәләргә әйләндерү.
Кояш нурларында CO2 фоторедукциясе юлы белән кубыз кислотасы (HCOOH) кебек ягулык җитештерү соңгы вакытта зур игътибар җәлеп итте, чөнки бу процессның икеләтә файдасы бар: ул артык CO2 чыгаруларын киметә һәм хәзерге вакытта без очрашкан энергия җитмәүне минимальләштерергә ярдәм итә. Югары энергия тыгызлыгы булган водород өчен бик яхшы ташучы буларак, HCOOH яну аша энергия бирә ала, шул ук вакытта өстәмә продукт буларак су гына чыгара.
Бу отышлы чишелешне чынга ашыру өчен, галимнәр кояш нуры ярдәмендә углекислый газны киметә торган фотокаталитик системалар эшләделәр. Бу система яктылыкны сеңдерүче субстраттан (ягъни фотосенсибилизатордан) һәм CO2ны HCOOHга кайтару өчен кирәкле күп электрон күчерүне тәэмин итүче катализатордан тора. Шулай итеп, яраклы һәм нәтиҗәле катализаторлар эзли башладылар!
Еш кулланыла торган кушылма инфографикасын кулланып, углекислый газның фотокаталитик редукциясе. Авторлык хокукы: профессор Казухико Маэда
Аларның нәтиҗәлелеге һәм кабат эшкәртелә алу мөмкинлеге аркасында, каты катализаторлар бу бурыч өчен иң яхшы кандидатлар дип санала, һәм еллар дәвамында күп кобальт, марганец, никель һәм тимер нигезендәге металл-органик каркасларның (MOF) каталитик мөмкинлекләре өйрәнелде, алар арасында соңгысының башка металларга караганда кайбер өстенлекләре бар. Ләкин, әлегә кадәр хәбәр ителгән тимер нигезендәге катализаторларның күбесе төп продукт буларак углерод монооксидын гына җитештерә, HCOOH түгел.
Ләкин бу проблеманы Токио технология институтының (Токио Тех) профессор Казухико Маэда җитәкчелегендәге тикшеренүчеләр төркеме тиз арада хәл итте. Angewandte Chemie химик журналында бастырылган күптән түгел үткәрелгән тикшеренүдә команда α-тимер (III) оксигидроксидын (α-FeO₂OH; геотит) кулланып, алюминий оксиды (Al2O3) белән нигезләнгән тимер нигезендәге катализатор күрсәтте. Яңа α-FeO₂OH/Al2O3 катализаторы CO2-ны HCOOH-ка әйләндерүнең бик яхшы күрсәткечләрен һәм бик яхшы кабат эшкәртү сәләтен күрсәтә. Катализатор сайлаулары турында сорагач, профессор Маэда болай диде: "Без CO2 фоторедукция системаларында катализатор буларак күбрәк элементларны өйрәнергә телибез. Безгә актив, кабат эшкәртүгә яраклы, токсик булмаган һәм арзан булган каты катализатор кирәк. Шуңа күрә без экспериментларыбыз өчен гетит кебек киң таралган туфрак минералларын сайладык".
Команда катализаторларын синтезлау өчен гади импрегнация ысулын кулланды. Аннары алар рутений нигезендәге (Ru) фотосенсибилизатор, электрон доноры һәм 400 нанометрдан артык дулкын озынлыгындагы күренмәле яктылык катнашында бүлмә температурасында CO2 фотокаталитик рәвештә киметү өчен тимер белән нигезләнгән Al2O3 материалларын кулландылар.
Нәтиҗәләр бик өметләндергеч. Төп продукт HCOOH өчен аларның системасының сайлап алучанлыгы 80–90% тәшкил итте, квант чыгышы 4,3% тәшкил итте (бу системаның нәтиҗәлелеген күрсәтә).
Бу тикшеренүдә нәтиҗәле фотосенсибилизатор белән парлашканда HCOOH барлыкка китерә алырлык беренче тимер нигезендәге каты катализатор тәкъдим ителә. Шулай ук, тиешле терәк материалының (Al2O3) мөһимлеге һәм аның фотохимик редукция реакциясенә йогынтысы турында да сүз бара.
Бу тикшеренүләрдән алынган фикерләр углерод диоксидын башка файдалы химик матдәләргә фоторедукцияләү өчен яңа асыл металлсыз катализаторлар эшләүгә ярдәм итә ала. "Безнең тикшеренүләр яшел энергия икътисадына юлның катлаулы түгеллеген күрсәтә. Хәтта гади катализатор әзерләү ысуллары да зур нәтиҗәләр бирә ала, һәм җир өстендәге бай кушылмалар, әгәр алар алюминий оксиды кебек кушылмалар белән хупланса, CO2 редукциясе өчен сайлап алынган катализатор буларак кулланылырга мөмкин икәнлеге билгеле", - дип йомгаклый профессор Маэда.
Белешмәләр: "Алумина ярдәмендә Альфа-Тимер (III) Оксигидроксид күренеп торган яктылык астында CO2 фотородукция өчен эшкәртелә торган каты катализатор буларак" Daehyeon An, доктор Шунта Нишиока, доктор Шухей Ясуда, доктор Томоки Каназава, доктор Йошинобу Камакура, профессор. Maeda, 12 май 2022, Angewandte Chemie.DOI: 10.1002 / anie.202204948
"Менә менә монда бензин кебек сыек ягулык зур өстенлеккә ия. Аларның югары энергия тыгызлыгы ерак араларга һәм тиз ягулык тутыруга китерә."
Ә кайбер саннар турында нәрсә әйтеп була? Кырыс кислотасының энергия тыгызлыгы бензин белән ничек чагыштырыла? Химик формулада бары тик бер углерод атомы булганда, ул бензинга якын да киләчәгенә шикләнәм.
Моннан тыш, ис бик агулы һәм кислота буларак, ул бензинга караганда коррозиягә күбрәк дучар итә. Болар чишелмәслек инженерлык проблемалары түгел, ләкин әгәр дә кубыз кислотасы диапазонны арттыруда һәм батареяны тутыру вакытын киметүдә зур өстенлекләр бирмәсә, бу тырышлыкка лаек түгелдер.
Әгәр алар туфрактан гетит чыгарырга планлаштырсалар, бу энергияне күп таләп итә торган тау эше булыр иде һәм әйләнә-тирә мохиткә зыян китерергә мөмкин.
Алар туфракта күп гетит турында әйтергә мөмкин, чөнки мин кирәкле чималны алу һәм аларны гетит синтезлау өчен реакциягә кертү өчен күбрәк энергия кирәк булачак дип уйлыйм.
Процессның бөтен тормыш циклын карарга һәм һәрнәрсәнең энергия чыгымнарын исәпләргә кирәк. NASA бушлай җибәрү кебек нәрсә тапмады. Башкалар моны истә тотарга тиеш.
SciTechDaily: 1998 елдан бирле иң яхшы техник яңалыклар йорты. Соңгы техник яңалыклардан электрон почта яки социаль медиа аша хәбәрдар булып торыгыз.
Барбекюның төтенле һәм исерткеч тәмнәре турында уйлау гына күпчелек кешеләрнең сөяген агызырга җитә. Җәй җитте, һәм күпләр өчен...