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光收获纳米粒子催化剂在寻求可再生碳燃料的情况下表现出承诺
由员工作家
Champaign IL(SPX)7月14日,2021年7月14日

在正确的条件下,由大橙色球体表示的银纳米颗粒可以吸收可见光。通过光激发产生的电载载体转移到CO 2和水中,允许转化为烃和其他多碳分子。在图形中,碳原子是黑色的,氧原子是红色的,氢原子是白色的。

研究人员报告说,当二氧化碳和水在光线和银纳米颗粒催化剂存在下反应时,产生少量有用的分子如碳氢化合物。他们的验证研究 - 通过使用高分辨率分析技术使得可以为二氧化碳减少技术铺平道路,以便允许工业规模生产可再生碳燃料。

该研究由伊利诺伊州Urbana-Champaign大学化学教授Prashant Jain领导,在可见光下探测银纳米粒子催化剂表面的化学活性,并使用碳同位素来追踪这些先前未检测到的化学反应的起源和产生。调查结果在“自然通信”期刊上发表。

Sunlight驱动的CO2和水转化为能量 - 致密的多元组化合物是可再生能源发电和化学制造的可行技术。因此,研究人员一直在寻找合成催化剂,促进大规模的二氧化碳还原成多碳分子,研究报告。

“工业水平催化化学反应通常是在最终产品的批量剖面的基础上进行测试和优化,”Jain说。 “但是在这种反应的中间阶段形成了化学物质,在催化剂的表面上,这可能太稀缺地使用常规方法检测和测量,而是如何催化剂功能的基础意叶。”

在实验室中,Jain的团队使用特定的RAMAN光谱镜检测并识别在各个银纳米颗粒表面形成的单个分子。通过分离化学反应进展的单个纳米颗粒,研究人员可以使用高度聚焦的激光在催化剂表面上形成的激发分子,以产生识别在整个化学过程的离散的基本步骤中形成的分子的光谱信号。

“我喜欢在故事方面想到这项工作,”杰恩说。 “故事总体主题是CO2的减少。主角是CO 2,H 2 O,银纳米粒子,一氧化碳和氢离子。但也有一些更小但非常有趣的角色,如丁醇醋酸盐和草酸有助于讲述主角的背面故事。有时,小角色比主要人物更有趣。“

Jain说,有时小角色可以带来一些意外的球员。为了确保检测到的研究人员的中间碳分子是CO 2还原过程而不是污染的结果,它们仅使用仅含有碳-13同位素的CO 2,这在地球上仅占1.1%的碳。

“使用碳-13追踪反应途径使我们能够确认所测量的任何烃在反应容器中有意添加的CO 2,并且在分析过程中,并未意外地引入银纳米粒子或后面的污染jain说。 “碳-13是罕见的,所以如果我们在我们的反应产品中检测到它,我们会知道它是CO 2和C-C键形成的光驱动转化的结果。”

吉恩说,通过使用银纳米颗粒催化剂使用银纳米颗粒催化剂的多碳分子形成的规模仍然非常小。然而,研究人员可以专注于开发改进的合成催化剂和扩大工业生产,现在已经揭示了光收获纳米颗粒的承诺。

研究报告:“在二氧化碳催化剂上形成C-C粘结物种的丰富目录”


相关链接
伊利诺伊大学在厄巴纳 - 香槟,新闻局
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