חוקרים פיתחו photocatalyst בעל יעילות גבוהה הממיר CO2 למתאן באמצעות קדמיום סלניד וטיטניום דו-חמצני אמורפי, ומשיג המרת מתאן של 99.3% עם התחדשות משופרת. עבודה עתידית תתמקד בשיפור היעילות האנרגטית והיציבות שלה לשימוש מסחרי.
צוות מחקר ב-DGIST פיתח זרז צילום מתקדם הממיר ביעילות CO2 למתאן, מה שעשוי להציע פתרון בר-קיימא למלחמה בהתחממות הגלובלית.
פרופסור אין סו-איל והצוות שלו מהמחלקה למדעי והנדסת אנרגיה ב-DGIST פיתחו בהצלחה זרז צילום יעיל ביותר. חידוש זה מסוגל להמיר פחמן דו חמצני (CO2), גורם משמעותי בשינויי האקלים, למתאן (CH4), הידוע בכינויו גז טבעי.
התחממות כדור הארץ גורמת לאקלים חריג ברחבי העולם, ומאיימת על הישרדות המין האנושי. הפחתת גזי החממה חיונית לפתרון הבעיה המדאיגה יותר ויותר של התחממות כדור הארץ, הדורשת המרת פחמן דו חמצני אטמוספרי לחומרים אחרים. טכנולוגיה פוטוקטליטית היא פתרון ידידותי לסביבה הממיר פחמן דו חמצני לחומרים שימושיים כמו גז טבעי תוך שימוש באנרגיה סולארית ומים בלבד. הגז הטבעי המופק יכול לשמש בחיי היומיום שלנו כדלק למערכות חימום וקירור ולרכבים.
שיפורים בחומרים פוטוקטליטים
צוות המחקר שילב קדמיום סלניד, הסופג אור נראה ואינפרא אדום, עם טיטניום דו חמצני – תחמוצת מתכת וחומר פוטו-קטליטי ידוע – כדי להמיר פחמן דו חמצני לגז טבעי ביעילות גבוהה.
בעבר, טיטניום דו חמצני גבישי, בעל מבנה סריג תקופתי, נותח כחומר פוטו-קטליטי. עם זאת, היווצרות אתרים פעילים עבור הקטיונים המשולשים של טיטניום (Ti3+) הוגבל בגלל הסידור הקבוע של החלקיקים. כדי להתגבר על בעיה זו, הצוות של פרופסור אין שיפר את התגובה הקטליטית באמצעות טיטניום דו-חמצני אמורפי, שיכול ליצור אתרים פעילים יותר עבור Ti3+ באמצעות סידורי חלקיקים לא סדירים שחסרים את המחזוריות של מבנה הסריג.
בנוסף לקטליזה משופרת, תהליך העברת המטען יציב, מה שמבטיח אספקה מספקת של אלקטרונים כדי להשתתף בתגובה. זה מקל על ההמרה של פחמן דו חמצני לתרכובות פחמן, במיוחד דלק מתאן. יתר על כן, בניגוד לפוטו-זרזים קונבנציונליים הדורשים טמפרטורות גבוהות להתחדשות, זרזים אמורפיים יכולים להתחדש תוך דקה אחת כאשר חמצן מסופק לכור ללא חימום.
יעילות גבוהה וכיווני מחקר עתידיים
הפוטו-זרז טיטניום דו-חמצני-קדמיום סלניד האמורפי החדש של צוות המחקר (TiO2-CdSe) שמר על ביצועי המרת מתאן של 99.3% במשך 6 השעות הראשונות לאחר 18 שעות של photoreaction, מה שהפך אותו לרגנרטיבי פי 4.22 מהפוטו-קטליזטור הגבישי (C-TiO2-CdSe) בעל אותו הרכב.
"מחקר זה משמעותי בכך שפיתחנו זרז עם אתרים פעילים מתחדשים וזיהינו את המנגנון שבו פחמן דו חמצני הופך למתאן באמצעות זרז אמורפי באמצעות מחקר כימיה חישובית", אמר פרופסור DGIST אין. "נערוך מחקר המשך כדי לשפר את אובדן האנרגיה של הפוטו-קטליזטור האמורפי ולשפר את היציבות שלו לטווח ארוך למסחור עתידי של הטכנולוגיה", הוסיף.
מחקר זה נתמך על ידי תוכנית המחקר בגודל בינוני ותוכנית שיתוף הפעולה של דרום קוריאה-סין של משרד המדע והתקשוב.
