تبدیل اثربخش دی اکسید کربن به متان ممکن شد

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل از سای تک دیلی ، پروفسور «این سو ایل» «In Soo-il» و همکارانش در دانشکده مهندسی و علوم انرژی (DGIST) در کره جنوبی با موفقیت یک فوتوکاتالیست بسیار کارآمد را توسعه دادند؛ نوآوری که قادر است دی اکسید کربن (CO۲) را که یک عامل مهم در تغییرات آب و هوایی است، به متان (CH۴) که معمولاً به عنوان گاز طبیعی شناخته می‌شود، تبدیل کند.

گرمایش زمین باعث ایجاد اقلیم‌های غیرعادی در سراسر جهان شده و بقای نسل بشر را تهدید می‌کند. کاهش گاز‌های گلخانه‌ای برای حل مشکل نگران کننده گرمایش جهانی که مستلزم تبدیل دی اکسید کربن اتمسفر به مواد دیگر است، حیاتی است. 

فناوری فوتوکاتالیستی یک راه حل سازگار با محیط زیست است که تنها با استفاده از انرژی خورشیدی و آب، دی اکسید کربن را به مواد مفیدی مانند گاز طبیعی تبدیل می‌کند. گاز طبیعی تولید شده می‌تواند در زندگی روزمره ما به عنوان سوخت سیستم‌های گرمایش و سرمایش و وسایل نقلیه مورد استفاده قرار گیرد.

این گروه از پژوهشگران، سلنید کادمیوم را که نور مرئی و مادون قرمز را جذب می‌کند، با دی اکسید تیتانیوم - یک اکسید فلزی و ماده فوتوکاتالیستی معروف - ترکیب کردند تا دی اکسید کربن را با بازدهی بالا به گاز طبیعی تبدیل کنند.

 پیش از این، دی اکسید تیتانیوم کریستالی، که دارای ساختار شبکه‌ای تناوبی است، به عنوان یک ماده فوتوکاتالیستی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. با این حال، تشکیل مکان‌های فعال برای کاتیون‌های سه ظرفیتی تیتانیوم (Ti۳+) به دلیل آرایش منظم ذرات محدود بود. برای غلبه بر این مشکل، محققان این واکنش کاتالیزوری را با استفاده از دی اکسید تیتانیوم آمورف بهبود بخشید، که می‌تواند مکان‌های فعال تری را برای Ti۳+ از طریق آرایش ذرات نامنظم که فاقد ساختار شبکه‌ای تناوبی است، تشکیل دهد.

علاوه بر کاتالیز بهبود یافته، فرآیند انتقال بار پایدار است و از عرضه کافی الکترون برای حضور در واکنش اطمینان می‌دهد. این امر تبدیل دی اکسید کربن به ترکیبات کربنی، به ویژه سوخت متان را تسهیل می‌کند. همچنین، بر خلاف فوتوکاتالیست‌های معمولی که به دمای بالا برای احیا نیاز دارند، کاتالیزور‌های آمورف را وقتی که اکسیژن بدون حرارت به راکتور عرضه می‌شود، می‌توان در عرض یک دقیقه احیا کرد. 

فوتوکاتالیست جدید «دی اکسید تیتانیوم - کادمیم سلنید آمورف» (TiO۲-CdSe) در شش ساعت نخست پس از ۱۸ ساعت واکنش نوری، عملکرد تبدیل متان ۹۹.۳ درصد را حفظ کرد. این میزان ۴.۲۲ برابر بیشتر از احیا کننده فوتوکاتالیست کریستالی (C-TiO۲-CdSe) با ترکیب مشابه است.

مجریان این طرح می‌گویند اهمیت این مطالعه از آن جهت است که ما یک کاتالیزور با مکان‌های فعال احیاکننده ایجاد و سازوکاری را شناسایی کرده ایم که توسط آن دی اکسید کربن با استفاده از یک کاتالیزور آمورف از طریق تحقیقات شیمی محاسباتی به متان تبدیل می‌شود.

تحقیقات بعدی بر روی بهبود اتلاف انرژی فوتوکاتالیست آمورف و افزایش پایداری طولانی مدت آن برای تجاری سازی آینده فناوری انجام خواهد شد.