A tudósok olyan lézertechnológiát fejlesztettek ki, amely a jövőben utakat nyithat a tiszta üzemanyag- és energiatechnológiák előtt.
Sürgősen környezetbarát és fenntartható módszerekre van szükségünk a fosszilis tüzelőanyagok, az olaj és a földgáz helyettesítésére. A szén-dioxid (CO2) bőséges hulladéktermék, amelyet minden fosszilis tüzelőanyagra építő tevékenység és forrás termel. Körülbelül 35 milliárd metrikus tonna szén-dioxid kerül a miénkbe a bolygóé évente hulladéktermékként az áramot termelő erőművekből, járművekből és ipari létesítményekből világszerte. A CO2 globális éghajlatra gyakorolt hatásainak mérséklése érdekében ezt az elpazarolt CO2-t inkább használhatóvá lehetne alakítani energia mint a szén-monoxid és más energiabőséges források. Például vízzel reagálva a CO2 energiában gazdag hidrogéngázt termel, hidrogénnel reagálva hasznos vegyi anyagokat, például szénhidrogéneket vagy alkoholt termel. Az ilyen termékek különféle célokra használhatók, és globális ipari méretekben is.
Az elektrokatalizátorok olyan katalizátorok, amelyek elektrokémiai reakciókban vesznek részt – amikor kémiai reakció zajlik, de elektromos energia is részt vesz. Például, a megfelelő katalizátor segíthet a hidrogén és az oxigén szabályozott reakciójában víz előállításához, különben csak két gáz véletlenszerű keveréke lesz. Vagy akár elektromos áramot termelni hidrogén és oxigén elégetésével. Az elektrokatalizátorok módosítják vagy növelik a kémiai reakciók sebességét anélkül, hogy önmaguk elfogynának a reakcióban. A CO2-vel összefüggésben az elektrokatalizátorokat relevánsnak és ígéretesnek tekintik a CO2-kibocsátás kívánatos csökkentésének hatékonyságának „lépéses változásának” elérése szempontjából.
Sajnos ezeknek az elektrokatalizátoroknak a pontos működési mechanizmusa nem teljesen ismert, és továbbra is jelentős kihívást jelent a rövid élettartamú köztes molekulák rétegeinek megkülönböztetése az oldatban lévő inaktív molekulák „zajjával”. A mechanizmusnak ez a korlátozott ismerete nehézségeket okoz az elektrokatalizátorok tervezésének bármilyen lehetséges megváltoztatása során.
A Liverpool Egyetem tudósai az Egyesült Királyságban kimutatták a lézer-ben publikált tanulmányukban a szén-dioxid elektrokémiai redukciójára szolgáló spektroszkópiai technikát in situ Természet katalízis. Először alkalmaztak vibrációs összeg-frekvencia generálást vagy VSFG spektroszkópiát, valamint elektrokémiai kísérleteket egy katalizátor (Mn(bpy)(CO)3Br) feltárására, amelyet ígéretes CO2 redukciós elektrokatalizátornak tartanak. Első alkalommal figyelték meg a reakció katalitikus ciklusában nagyon rövid ideig jelen lévő kulcsfontosságú közvetítők viselkedését. A VSFG technológia lehetővé teszi a rendkívül rövid életű fajok viselkedésének és mozgásának követését egy katalitikus ciklusban, és ezáltal segít megérteni az elektrokatalizátorok működését. Tehát megértjük az elektrokatalizátorok működésének pontos viselkedését egy kémiai reakcióban.
Ez a tanulmány betekintést nyújt néhány összetett kémiai folyamatba, és lehetővé teheti számunkra, hogy új elektrokatalizátor-terveket készítsünk. A kutatók már vizsgálják, hogyan lehetne javítani ennek a technikának az érzékenységét, és új érzékelőrendszert fejlesztenek ki a jobb jel-zaj arány érdekében. Ez a megközelítés segíthet megnyitni a hatékony utakat tiszta üzemanyag és több potenciált gyűjtsön tiszta energia. Egy ilyen folyamatot végül iparilag kell bővíteni a nagyobb hatékonyság elérése érdekében kereskedelmi szinten. A fosszilis tüzelőanyagot égető üzemekből előállított nagy mennyiségű CO2 kezelése ipari fejlődést igényel.
***
{Az eredeti kutatási cikket a hivatkozott forrás(ok) listájában lent található DOI linkre kattintva olvashatja el}
Forrás (ok)
Neri G et al. 2018. Katalitikus intermedierek kimutatása elektródfelületen a szén-dioxid redukciója során földben gazdag katalizátorral. Természet katalízis. https://doi.org/10.17638/datacat.liverpool.ac.uk/533
***
