"لبه‌های داغ" الکترود، گاز دی اکسید کربن را به سوخت و مواد شیمیایی تبدیل می‌کنند

مدل‌های مولکول‌های دی اکسید کربن.
اعتبار: © hooyah808 / Adobe Stock
 

یک تیم از دانشمندان، یک الکترود کاسه  شکل با لبه های داغ ایجاد کرده است که می تواند CO2 را از گاز به سوخت های پایه کربنی و مواد شیمیایی تبدیل کند و به مبارزه با تهدید تغییر آب و هوا، مطرح توسط دی اکسید کربن اتمسفری، کمک کند.
 
تیمی تحقیقاتی از دانشگاه بَت، دانشگاه فودان، شانگهای، و موسسه کنترل آلودگی و امنیت محیط زیست شانگهای ، امیدوار است که طراحی کاتالیزور عاقبت اجازه استفاده از برق تجدید پذیر را برای تبدیل CO2 به سوخت بدون ایجاد کربن اتمسفری اضافی – که اساساً به عنوان یک برگ الکتروشیمیایی برای تبدیل دی اکسید کربن به قند عمل می کند - بدهد.
 
استفاده از این واکنش، که به نام کاهش دی اکسید کربن شناخته شده است، دارای پتانسیلی هیجان انگیز است، اما دو مانع اصلی عبارتند از بازده ضعیف تبدیل واکنش و کمبود دانش دقیق در مورد مسیر دقیق واکنش.
 
این الکترود جدید با کارایی تبدیل بالاتر و آشکار سازی حساس مولکول هایی که در طول پیشرفت واکنش ایجاد شده است، به لطف شکل و ساخت نوآورانه آن، به این چالش ها پاسخ می دهد. الکترود کاسه شکل شش برابر سریعتر از طرح های معمولی و یا مسطح کار می کند.
 
شکل کاسه مانند طراحی، که از نظر فنی به عنوان یک "ساختار معکوس اوپال" شناخته می شود، میدان های الکتریکی را روی لبه های داغش - لبه کاسه – متمرکز می کند که سپس یون های پتاسیم باردار مثبت را روی مکان های فعال واکنش متمرکز می کند، و نیازهای انرژی آن را کاهش می دهد.
 
الکترود آلیاژ مس-ایندیوم همچنین می تواند برای حساسیت مطالعه روند واکنش از طریق اندازه گیری سیگنال رامان، که نسبت به یک الکترود معمولی بالاتر است، مفید باشد.
 
این مطالعه در مجله شیمی مواد A منتشر شده است.
 
پروفسور ونتسیسلاو والِو از دپارتمان فیزیک دانشگاه بَت گفت: "هیچ نیاز انسانی، الزام آورتر از تنفس وجود ندارد. با این وجود برای صدها میلیون نفر این فعالیت اصلی، منبع اضطراب در کاهش امید به زندگی، افزایش مرگ و میر کودکان و تغییرات آب و هوایی است. شواهدی وجود دارد که CO2 باعث افزایش سطح ازن، مواد مولد سرطان و ذرات معلق می شود، در نتیجه مرگ و میر، آسم، بستری شدن و نرخ ابتلا به سرطان افزایش می یابد. بنابراین ادامه تحقیقات برای یافتن روش های جدیدی برای کاهش سطح CO2 در جو حیاتی است. "
 
این تیم می خواهد تحقیقات خود را برای توسعه کاتالیزور کارآمد برای کاهش کربن ادامه دهد.
 
پروفسور لیوو ژانگ از دانشگاه فودان گفت: "CO2 سبب ایجاد تغییرات آب و هوایی، و باعث گرم تر شدن سیاره ما می شود. با استفاده از برق پاک، ما می توانیم CO2 را به سوخت های شیمیایی تبدیل کنیم که می تواند دوباره استفاده شود. این سیکلی از CO2 را بدون افزایش غلظت آن می سازد و کمک می کند به نجات جهانمان."
 
"با این حال، برای بهبود کارایی تبدیل CO2 به سوخت های شیمیایی، بسیار مهم است که مسیر واکنش را بدانیم و کاتالیزور مناسب را پیدا کنیم."
 
"درست همانطور که گیاهان CO2 را به شکر تبدیل می کنند، ما در حال یافتن برگ " الکتروشیمیایی" مناسب برای تبدیل CO2 هستیم."
 
این تحقیق توسط وزارت علوم و فناوری جمهوری خلق چین و بنیاد ملی علوم طبیعی چین، مرکز تحقیقات مهندسی و علوم فیزیکی (EPSRC)، مرکز آموزش دکترای فیزیک مواد چگال (CDT-CMP)، و انجمن سلطنتی تأمین مالی شده است.
 

یک کاتالیزور جدید که می تواند به طور مؤثر دی اکسید کربن (CO2) را به منوکسید کربن (CO) تبدیل کند توسط دانشمندان اختراع شد. این اختراع که به زودی ثبت می شود می تواند استفاده قابل تحمل CO2، یک گاز گلخانه ای قوی که مرتبط با تغییرات آب و هوایی است، را ممکن سازد. اگر در مقیاس های بزرگتر موفق باشد، این اختراع می تواند یک روش عملی برای تبدیل CO2 به مواد شیمیایی مفید باشد.
 
دی اکسید کربن (یا CO2) گاز ناچیزی در جو زمین است و نقش مهمی در تنظیم دمای سطح سیاره با به دام انداختن گرما دارد. درست همانطور که گیاهان CO2 را به شکر تبدیل می کنند، ما در حال یافتن برگ " الکتروشیمیایی" مناسب برای تبدیل CO2 هستیم. اگرچه بخش مهمی از چرخه کربن سیاره را تشکیل می دهد، همچنین معلوم شده است که CO2 یک گاز گلخانه ای قوی است. از زمان انقلاب صنعتی، سطح CO2 در جو زمین به طور پیوسته در اثر فعالیت های انسانی افزایش یافته است و اعتقاد بر این است که در حال حاضر در افزایش گرمایش جهانی مسئولیت دارد.
 
در زمینه شیمی، در حال حاضر راه حل های عملی برای کاهش CO2 اتمسفر با استفاده از گاز به عنوان یک منبع و نه یک محصول پسماند جستجو می شود. با این حال، استفاده از دی اکسید کربن به عنوان یک ماده خام و تبدیل آن به مواد شیمیایی یا سوخت های مفید، به علت پایداری مولکولی ترکیب، دشوار است. این ثبات، چالش های شدیدی را برای تلاش برای فعال کردن و یا دوباره فعال کردن CO2 ایجاد می کند.
 

ناناکومار و راویندران، که در بخش اولویت تحقیقاتی شیمی پایدار UvA کار می کنند، موفق به حل این مشکل فعال سازی با ایجاد یک کاتالیزور شده اند که می تواند به طور موثری تبدیل CO2 به CO را در شرایط نسبتا خفیف صورت دهد. پس از آن CO می تواند با استفاده از تکنولوژی موجود به تعدادی از هیدروکربن های معمولی تبدیل شود، بنابراین یک روش کارآمد برای استفاده از CO2 بوجود می آید. راویندران می گوید: "این یک کشف تصادفی بود." ما برای یک محصول متفاوت آزمایش می کردیم، اما بالاخره اینگونه از کار درآمد که کاتالیزور برای CO2 به شدت انتخابی بود، بهتر از هر کاتالیزور گزارش شده‌ای.

 
منبع: دانشگاه Bath