Хөрсний өргөн тархсан эрдэс бодис болох α-төмөр-(III) оксигидроксид нь нүүрстөрөгчийн давхар ислийг шоргоолжны хүчил болгон фоторедукцлах дахин боловсруулах боломжтой катализатор болох нь тогтоогджээ. Эх сурвалж: Проф. Казухико Маэда
Шохойн хүчил (HCOOH) зэрэг тээвэрлэх боломжтой түлш болгон CO2-ыг фоторедукцлах нь агаар мандалд CO2-ын түвшин нэмэгдэхтэй тэмцэх сайн арга юм. Энэ ажилд туслахын тулд Токиогийн Технологийн Хүрээлэнгийн судалгааны баг төмрийн суурьтай эрдэс бодисыг сонгож, хөнгөнцагааны тулгуур дээр байрлуулж, CO2-ыг HCOOH болгон үр дүнтэй хувиргах катализатор боловсруулсан бөгөөд энэ нь ойролцоогоор 90% сонгомол шинж чанартай юм!
Цахилгаан тээврийн хэрэгсэл нь олон хүний ​​хувьд сэтгэл татам сонголт бөгөөд гол шалтгаан нь нүүрстөрөгчийн ялгаруулалтгүй байдаг явдал юм. Гэсэн хэдий ч олон хүний ​​хувьд том сул тал нь тэдгээрийн хол зай багатай, цэнэглэх хугацаа урт байдаг. Бензин зэрэг шингэн түлш нь энд том давуу талтай байдаг. Тэдний өндөр энергийн нягтрал нь хол зайд явах, хурдан цэнэглэх гэсэн үг юм.
Бензин эсвэл дизель түлшнээс өөр шингэн түлш рүү шилжих нь шингэн түлшний давуу талыг хадгалахын зэрэгцээ нүүрстөрөгчийн ялгарлыг бууруулж чадна. Жишээлбэл, түлшний элементэд шоргоолжны хүчил нь хөдөлгүүрийг ажиллуулж, ус болон нүүрстөрөгчийн давхар ислийг ялгаруулдаг. Гэсэн хэдий ч хэрэв шоргоолжны хүчил нь агаар мандлын CO2-ийг HCOOH болгон бууруулснаар үүсдэг бол цэвэр гарц нь зөвхөн ус юм.
Агаар мандал дахь нүүрстөрөгчийн давхар ислийн хэмжээ нэмэгдэж, дэлхийн дулааралд оруулсан хувь нэмэр нь одоо түгээмэл мэдээ болж байна. Судлаачид асуудлыг шийдвэрлэх өөр өөр арга барилыг туршиж үзэхэд үр дүнтэй шийдэл гарч ирсэн нь агаар мандал дахь илүүдэл нүүрстөрөгчийн давхар ислийг эрчим хүчээр баялаг химийн бодис болгон хувиргах явдал байв.
Нарны гэрэлд CO2-ыг фоторедукцоор шоргоолжны хүчил (HCOOH) зэрэг түлш үйлдвэрлэх нь сүүлийн үед ихээхэн анхаарал татаж байгаа бөгөөд учир нь энэ үйл явц нь давхар ашиг тустай: илүүдэл CO2 ялгарлыг бууруулж, бидний одоо тулгарч буй энергийн хомсдолыг багасгахад тусалдаг. Өндөр энергийн нягтралтай устөрөгчийн маш сайн тээвэрлэгч болох HCOOH нь шаталтын явцад энерги өгч, зөвхөн усыг дайвар бүтээгдэхүүн болгон ялгаруулдаг.
Энэхүү ашигтай шийдлийг бодит болгохын тулд эрдэмтэд нарны гэрлийн тусламжтайгаар нүүрстөрөгчийн давхар ислийг бууруулдаг фотокаталитик системийг боловсруулсан. Энэхүү систем нь гэрэл шингээгч субстрат (өөрөөр хэлбэл фотосенсибилизатор) болон CO2-ийг HCOOH болгон бууруулахад шаардлагатай олон электрон дамжуулалтыг идэвхжүүлдэг катализатороос бүрдэнэ. Тиймээс тохиромжтой, үр ашигтай катализаторуудыг хайж эхэлсэн!
Түгээмэл хэрэглэгддэг нэгдлийн инфографик ашиглан нүүрстөрөгчийн давхар ислийг фотокаталитик аргаар бууруулах. Эх сурвалж: Профессор Казухико Маэда
Үр ашиг болон дахин боловсруулах боломжтой байдлаасаа шалтгаалан хатуу катализаторууд нь энэ ажилд хамгийн сайн нэр дэвшигч гэж тооцогддог бөгөөд олон жилийн турш олон кобальт, манган, никель болон төмөр дээр суурилсан металл-органик хүрээ (MOF)-ийн каталитик чадварыг судалж ирсэн бөгөөд эдгээрийн дотор сүүлийнх нь бусад металлаас зарим давуу талтай байдаг. Гэсэн хэдий ч одоогоор мэдээлэгдсэн ихэнх төмөр дээр суурилсан катализаторууд нь зөвхөн нүүрстөрөгчийн дутуу ислийг гол бүтээгдэхүүн болгон үүсгэдэг болохоос HCOOH биш юм.
Гэсэн хэдий ч энэ асуудлыг Токиогийн Технологийн Хүрээлэнгийн (Токио Технологийн Хүрээлэн) профессор Казухико Маэдагийн удирдсан судлаачдын баг хурдан шийдсэн. Angewandte Chemie химийн сэтгүүлд саяхан нийтлэгдсэн судалгаанд баг нь α-төмөр (III) оксигидроксид (α-FeO₂OH; геотит) ашиглан хөнгөнцагаан исэл (Al2O3)-ээр дэмжигдсэн төмөр дээр суурилсан катализаторыг харуулсан. Шинэ α-FeO₂OH/Al2O3 катализатор нь CO2-ыг HCOOH болгон хувиргах маш сайн гүйцэтгэл, маш сайн дахин боловсруулах чадварыг харуулдаг. Катализаторын сонголтын талаар асуухад профессор Маэда: "Бид CO2 фоторедукцийн системд катализатор болгон илүү элбэг дэлбэг элементүүдийг судлахыг хүсч байна. Бидэнд идэвхтэй, дахин боловсруулах боломжтой, хоргүй, хямд хатуу катализатор хэрэгтэй. Тийм ч учраас бид туршилтандаа гетит зэрэг өргөн тархсан хөрсний эрдэс бодисыг сонгосон." гэжээ.
Баг нь катализатороо нэгтгэхийн тулд энгийн нэвчилт хийх аргыг ашигласан. Дараа нь тэд төмрөөр баяжуулсан Al2O3 материалыг ашиглан рутениум дээр суурилсан (Ru) фотосенсибилизатор, электрон донор болон 400 нанометрээс дээш долгионы урттай харагдах гэрлийн дэргэд өрөөний температурт CO2-ийг фотокаталитик аргаар бууруулсан.
Үр дүн нь маш урам зориг өгч байна. Үндсэн бүтээгдэхүүний HCOOH-ийн хувьд тэдний системийн сонгомол чанар нь 80-90%, квант гарц нь 4.3% байсан (энэ нь системийн үр ашгийг харуулж байна).
Энэхүү судалгаагаар үр ашигтай фотосенсибилизатортой хослуулан HCOOH үүсгэж чаддаг анхны төмөр дээр суурилсан хатуу катализаторыг танилцуулж байна. Мөн зохих тулгуур материал (Al2O3)-ийн ач холбогдол болон түүний фотохимийн ангижруулах урвалд үзүүлэх нөлөөллийн талаар авч үзэж байна.
Энэхүү судалгааны үр дүн нь нүүрстөрөгчийн давхар ислийг бусад ашигтай химийн бодис болгон фотобууруулах шинэ эрхэм металлгүй катализаторуудыг боловсруулахад тусалж магадгүй юм. "Манай судалгаа ногоон эрчим хүчний эдийн засагт хүрэх зам тийм ч төвөгтэй биш гэдгийг харуулж байна. Катализатор бэлтгэх энгийн аргууд ч гэсэн маш сайн үр дүнд хүрч чаддаг бөгөөд хөнгөнцагаан зэрэг нэгдлүүдээр дэмжигдсэн тохиолдолд дэлхийд баялаг нэгдлүүдийг CO2-ыг бууруулах сонгомол катализатор болгон ашиглаж болно гэдгийг сайн мэддэг" гэж профессор Маэда дүгнэв.
Ашигласан материал: Даэхён Ан, доктор Шунта Нишиока, доктор Шухэй Ясуда, доктор Томоки Каназава, доктор Ёшинобу Камакура, Профессор Ёшинобу Камакура, Профессор Ёоши. Нозава, Профессор Казухико Маэда, 2022 оны 5-р сарын 12, Ангевандте Чемие.DOI: 10.1002 / anie.202204948
"Бензин зэрэг шингэн түлш нь энд л том давуу талтай. Тэдний өндөр эрчим хүчний нягтрал нь хол зайд галлах, хурдан цэнэглэх гэсэн үг юм."
Зарим тоонуудын талаар юу хэлэх вэ? Шороон хүчлийн энергийн нягтрал бензинтэй хэрхэн харьцуулагддаг вэ? Химийн томъёонд зөвхөн нэг нүүрстөрөгчийн атом байдаг тул бензинтэй ойролцоо байх эсэхэд эргэлзэж байна.
Үүнээс гадна үнэр нь маш хортой бөгөөд хүчил учраас бензинээс илүү идэмхий байдаг. Эдгээр нь шийдэгдэхгүй инженерийн асуудал биш боловч шоргоолжны хүчил нь зайны хүрээг нэмэгдүүлэх, цэнэглэх хугацааг багасгахад чухал давуу тал олгохгүй бол энэ нь хүчин чармайлт гаргахад үнэ цэнэтэй зүйл биш байх.
Хэрэв тэд хөрснөөс гетит олборлохоор төлөвлөж байсан бол энэ нь эрчим хүч их шаарддаг уул уурхайн үйл ажиллагаа бөгөөд байгаль орчинд хор хөнөөл учруулж болзошгүй юм.
Тэд хөрсөнд их хэмжээний гетит байгааг дурдаж магадгүй, учир нь шаардлагатай түүхий эдийг олж аваад тэдгээрийг урвалд оруулж гетитийг нийлэгжүүлэхэд илүү их энерги шаардагдана гэж би сэжиглэж байна.
Энэ үйл явцын бүхэл бүтэн амьдралын мөчлөгийг харж, бүх зүйлийн эрчим хүчний зардлыг тооцоолох шаардлагатай. НАСА үнэгүй хөөргөлт гэх мэт зүйл олоогүй. Бусад нь үүнийг санаж байх хэрэгтэй.
SciTechDaily: 1998 оноос хойших хамгийн шилдэг технологийн мэдээний эх сурвалж. Хамгийн сүүлийн үеийн технологийн мэдээг имэйл эсвэл олон нийтийн мэдээллийн хэрэгслээр цаг алдалгүй аваарай.
Шарсан махны утаатай, мансуурам амтыг бодоход л ихэнх хүмүүсийн шүлс гоожиход хангалттай. Зун ирлээ, олон хүний ​​хувьд...