Neue Solartechnologie verwandelt Treibhausgase in wertvolle Kraftstoffe

Ein neuer Photokatalysator, der von der Shanghai Jiao Tong University entwickelt wurde, bietet eine umweltfreundliche und effiziente Möglichkeit, Treibhausgase mithilfe von Sonnenenergie in Chemikalien umzuwandeln, was einen großen Fortschritt in der nachhaltigen Chemieproduktion darstellt.

Der neue Photokatalysator namens Rh/InGaN_1-SHey_Sist eine Nanostruktur, die aus Rhodium-Nanopartikeln besteht, die auf sauerstoffmodifizierten Indium-Gallium-Nitrid-Nanodrähten immobilisiert sind, die auf Siliziumsubstraten gewachsen sind. Unter konzentrierter Sonneneinstrahlung zeigt dieses Verbundmaterial eine hervorragende Leistung bei der trockenen Reformierung von Methan (DRM) mit Kohlendioxid₂wodurch eine Synthesegasentwicklungsrate von 180,9 mmol g erreicht wurde_Katze^-1 H^-1 Mit einer Selektivität von 96,3 %. Dies stellt eine deutliche Verbesserung gegenüber herkömmlichen katalytischen Systemen dar, die oft einen hohen Energieaufwand erfordern und unter einer schnellen Desaktivierung leiden.

„Unsere Arbeit stellt einen großen Fortschritt bei der Bewältigung der doppelten Herausforderungen der Treibhausgasemissionen und der nachhaltigen Energieerzeugung dar“, sagte Professor Baoyin Zhou, leitender Forscher der Shanghai Jiao Tong University. „Durch die Nutzung der Kraft der Sonnenenergie und rational konzipierter Nanotechnik haben wir einen umweltfreundlichen und effizienten Weg zur Umwandlung von Abgasen in wertvolle chemische Ressourcen aufgezeigt.“

t/engan_1-SHey_S Nanodrähte wurden für die lichtgesteuerte Reformierung von trockenem Methan mit Kohlendioxid zu Synthesegas (CH) erforscht₄ + Unternehmen₂ + Licht = 2CO + 2H₂). Es wird vermutet, dass ein teilweiser Ersatz von N in InGaN durch O die Aktivität und Stabilität des Katalysators unter Lichteinstrahlung ohne zusätzliches Erhitzen deutlich verbessern kann. Bildnachweis: China Science Press

Synergistische Effekte und mechanistische Erkenntnisse

Die Forscher führen die außergewöhnliche Leistungsfähigkeit ihres Photokatalysators auf synergistische Effekte zurück, die sich aus der Kombination von photoaktiven InGaN-Nanodrähten, einer sauerstoffmodifizierten Oberfläche und katalytisch aktiven Rhodium-Nanopartikeln ergeben. Mechanistische Studien ergaben, dass eingebaute Sauerstoffatome eine entscheidende Rolle bei der CO2-Anreicherung spielen₂ Aktivierung, Erleichterung der Kohlendioxiderzeugung und Unterdrückung der Katalysatordesaktivierung durch Koksablagerung.

Die Ergebnisse dieser Forschung, die in der renommierten Fachzeitschrift Science Bulletin veröffentlicht wurden, ebnen den Weg für die Entwicklung fortschrittlicher photokatalytischer Systeme für die nachhaltige Produktion von Kraftstoffen und Chemikalien aus erneuerbaren Ressourcen. Das Team glaubt, dass sein Ansatz auf andere wichtige chemische Reaktionen ausgeweitet werden kann, was neue Möglichkeiten für die Ökologisierung der chemischen Industrie bietet.

„Wir sind begeistert von den Aussichten dieser Technologie“, sagte Professor Baoyin Zhou. „Durch die weitere Verbesserung des Katalysatordesigns und der Reaktorkonfiguration wollen wir den Prozess skalieren und seine Machbarkeit für praktische Anwendungen demonstrieren.“

Referenz: „Rh/InGaN1−xOx nanostructure for photo-driven methan reforming with CO2 into syngas“ von Yixin Li, Jinglin Li, Tianqi Yu, Liang Qiu, Syed M. Najeeb Hassan, Lin Yao, Hu Pan, Shams Al-Arfin, Sherif. Muhammad Sadaf, Li Zhou und Baoyin Zhou, 12. Februar 2024, Wissenschaftsbulletin.
doi: 10.1016/j.scib.2024.02.020