Isang malawakang ipinamamahaging mineral sa lupa, ang α-iron-(III) oxyhydroxide, ay natuklasang isang recyclable catalyst para sa photoreduction ng carbon dioxide tungo sa formic acid. Kredito: Prof. Kazuhiko Maeda
Ang photoreduction ng CO2 tungo sa mga transportable fuel tulad ng formic acid (HCOOH) ay isang mabuting paraan upang labanan ang pagtaas ng antas ng CO2 sa atmospera. Upang makatulong sa gawaing ito, isang pangkat ng pananaliksik sa Tokyo Institute of Technology ang pumili ng isang mineral na nakabatay sa iron na madaling makuha at inilagay ito sa isang alumina support upang bumuo ng isang katalista na maaaring mahusay na mag-convert ng CO2 tungo sa HCOOH, humigit-kumulang 90% selectivity!
Ang mga de-kuryenteng sasakyan ay isang kaakit-akit na opsyon para sa maraming tao, at ang isang pangunahing dahilan ay wala itong carbon emissions. Gayunpaman, ang isang malaking downside para sa marami ay ang kakulangan ng kanilang saklaw at mahabang oras ng pag-charge. Dito nagkakaroon ng malaking bentahe ang mga likidong panggatong tulad ng gasolina. Ang kanilang mataas na densidad ng enerhiya ay nangangahulugan ng mahahabang saklaw at mabilis na pag-refuel.
Ang paglipat mula sa gasolina o diesel patungo sa ibang likidong panggatong ay maaaring makaalis ng mga emisyon ng carbon habang pinapanatili ang mga bentahe ng mga likidong panggatong. Sa isang fuel cell, halimbawa, ang formic acid ay maaaring magpagana ng isang makina habang naglalabas ng tubig at carbon dioxide. Gayunpaman, kung ang formic acid ay nalilikha sa pamamagitan ng pagbabawas ng atmospheric CO2 sa HCOOH, ang tanging netong output ay tubig.
Karaniwang balita na ngayon ang pagtaas ng antas ng carbon dioxide sa ating atmospera at ang kanilang kontribusyon sa global warming. Habang nag-eeksperimento ang mga mananaliksik sa iba't ibang paraan upang matugunan ang problema, lumitaw ang isang epektibong solusyon—ang paggawa ng labis na carbon dioxide sa atmospera bilang mga kemikal na mayaman sa enerhiya.
Ang produksyon ng mga panggatong tulad ng formic acid (HCOOH) sa pamamagitan ng photoreduction ng CO2 sa sikat ng araw ay nakakuha ng maraming atensyon kamakailan dahil ang prosesong ito ay may dobleng benepisyo: binabawasan nito ang labis na emisyon ng CO2 at nakakatulong din na mabawasan ang kakulangan ng enerhiya na kasalukuyan nating kinakaharap. Bilang isang mahusay na tagapagdala ng hydrogen na may mataas na densidad ng enerhiya, ang HCOOH ay maaaring magbigay ng enerhiya sa pamamagitan ng pagkasunog habang naglalabas lamang ng tubig bilang isang by-product.
Upang maisakatuparan ang kapaki-pakinabang na solusyong ito, bumuo ang mga siyentipiko ng mga photocatalytic system na nagbabawas ng carbon dioxide sa tulong ng sikat ng araw. Ang sistemang ito ay binubuo ng isang light-absorbing substrate (ibig sabihin, isang photosensitizer) at isang catalyst na nagbibigay-daan sa multiple electron transfer na kinakailangan para sa pagbawas ng CO2 sa HCOOH. At sa gayon ay nagsimula silang maghanap ng angkop at mahusay na mga catalyst!
Photocatalytic reduction ng carbon dioxide gamit ang mga karaniwang ginagamit na compound infographics. Kredito: Propesor Kazuhiko Maeda
Dahil sa kanilang kahusayan at potensyal na kakayahang mai-recycle, ang mga solidong catalyst ay itinuturing na pinakamahusay na kandidato para sa gawaing ito, at sa paglipas ng mga taon, ang mga kakayahan sa catalytic ng maraming cobalt, manganese, nickel at iron-based metal-organic frameworks (MOF) ay na-explore na, kung saan ang huli ay may ilang mga bentahe kumpara sa iba pang mga metal. Gayunpaman, karamihan sa mga iron-based catalyst na naiulat sa ngayon ay gumagawa lamang ng carbon monoxide bilang pangunahing produkto, hindi ng HCOOH.
Gayunpaman, ang problemang ito ay mabilis na nalutas ng isang pangkat ng mga mananaliksik sa Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) na pinamumunuan ni Propesor Kazuhiko Maeda. Sa isang kamakailang pag-aaral na inilathala sa chemical journal na Angewandte Chemie, ipinakita ng pangkat ang isang alumina (Al2O3)-supported iron-based catalyst gamit ang α-iron(III) oxyhydroxide (α-FeO​​​ OH; geothite). Ang nobelang α-FeO​​​OH/Al2O3 catalyst ay nagpapakita ng mahusay na pagganap ng CO2 to HCOOH conversion at mahusay na recyclability. Nang tanungin tungkol sa kanilang napiling catalyst, sinabi ni Propesor Maeda: "Gusto naming tuklasin ang mas masaganang elemento bilang mga catalyst sa mga CO2 photoreduction system. Kailangan namin ng isang solidong catalyst na aktibo, recyclable, hindi nakakalason at mura. Kaya naman pinili namin ang malawak na ipinamamahaging mga mineral sa lupa tulad ng goethite para sa aming mga eksperimento."
Gumamit ang pangkat ng isang simpleng paraan ng impregnation upang i-synthesize ang kanilang catalyst. Pagkatapos ay gumamit sila ng mga materyales na Al2O3 na sinusuportahan ng bakal upang mabawasan ang CO2 sa pamamagitan ng photocatalytic na paraan sa temperatura ng silid sa presensya ng isang ruthenium-based (Ru) photosensitizer, electron donor, at visible light na may mga wavelength na mahigit 400 nanometer.
Ang mga resulta ay lubos na nakapagpapatibay. Ang selektibidad ng kanilang sistema para sa pangunahing produktong HCOOH ay 80–90% na may quantum yield na 4.3% (na nagpapahiwatig ng kahusayan ng sistema).
Ang pag-aaral na ito ay nagpapakita ng isang kauna-unahang iron-based solid catalyst na maaaring makabuo ng HCOOH kapag ipinares sa isang mahusay na photosensitizer. Tinatalakay din nito ang kahalagahan ng wastong materyal na pansuporta (Al2O3) at ang epekto nito sa photochemical reduction reaction.
Ang mga pananaw mula sa pananaliksik na ito ay maaaring makatulong sa pagbuo ng mga bagong noble metal-free catalysts para sa photoreduction ng carbon dioxide sa iba pang kapaki-pakinabang na kemikal. "Ipinapakita ng aming pananaliksik na ang landas tungo sa isang berdeng ekonomiya ng enerhiya ay hindi kumplikado. Kahit ang mga simpleng pamamaraan ng paghahanda ng catalyst ay maaaring magbunga ng magagandang resulta, at kilalang-kilala na ang mga compound na sagana sa lupa, kung susuportahan ng mga compound tulad ng alumina, ay maaaring gamitin bilang isang pumipiling catalyst para sa pagbawas ng CO2," pagtatapos ni Prof. Maeda.
Mga Sanggunian: "Alumina-Supported Alpha-Iron (III) Oxyhydroxide bilang isang Recyclable Solid Catalyst para sa CO2 Photoreduction sa ilalim ng Nakikitang Liwanag" ni Daehyeon An, Dr. Shunta Nishioka, Dr. Shuhei Yasuda, Dr. Tomoki Kanazawa, Dr. Yoshinobu, Prof.. Toshiyuki Yokoi, Kamakura, Prof. 12 Mayo 2022, Angewandte Chemie.DOI: 10.1002 / anie.202204948
"Dito nagkakaroon ng malaking bentahe ang mga likidong panggatong tulad ng gasolina. Ang kanilang mataas na densidad ng enerhiya ay nangangahulugan ng malayuang saklaw at mabilis na pagpapagatong."
Paano naman ang ilang numero? Paano maihahambing ang densidad ng enerhiya ng formic acid sa gasolina? Dahil iisa lang ang carbon atom sa kemikal na pormula, duda ako kung makakapantay pa ito sa gasolina.
Bukod pa riyan, ang amoy ay lubhang nakalalason at, bilang isang asido, ito ay mas kinakaing unti-unti kaysa sa gasolina. Hindi ito mga problema sa inhinyeriya na hindi malulutas, ngunit maliban kung ang formic acid ay nag-aalok ng mga makabuluhang bentahe sa pagpapalawak ng saklaw at pagbabawas ng oras ng pag-refuel ng baterya, malamang na hindi ito sulit sa pagsisikap.
Kung plano nilang kumuha ng goethite mula sa lupa, ito ay magiging isang operasyon ng pagmimina na masinsinan sa enerhiya at posibleng makapinsala sa kapaligiran.
Maaaring banggitin nila ang maraming goethite sa lupa dahil sa palagay ko ay mangangailangan ito ng mas maraming enerhiya upang makuha ang mga kinakailangang hilaw na materyales at i-react ang mga ito upang ma-synthesize ang goethite.
Kinakailangang tingnan ang buong siklo ng buhay ng proseso at kalkulahin ang gastos sa enerhiya ng lahat. Walang nakitang bagay ang NASA na tinatawag na libreng paglulunsad. Kailangang tandaan ito ng iba.
SciTechDaily: Tahanan ng pinakamahusay na balita tungkol sa teknolohiya simula noong 1998. Manatiling updated sa mga pinakabagong balita tungkol sa teknolohiya sa pamamagitan ng email o social media.
Ang pag-iisip pa lang tungkol sa mausok at nakalalasing na lasa ng BBQ ay sapat na para maglaway ang karamihan. Narito na ang tag-araw, at para sa marami…