Новый катализатор использует свет, а не тепло для производства зеленого водорода

Новый медно-родиевый фотокатализатор использует конструкцию антенны-реактора для разложения метана и водяного пара без внешнего нагрева при воздействии света определенной длины волны. Об этом пишет Interesting Engineering.

Водород — экологически чистый, мощный и универсальный источник энергии — может сыграть решающую роль в переходе к устойчивой энергетической экосистеме.

Однако химический процесс, на который приходится более половины мирового производства водорода, вносит значительный вклад в выбросы парниковых газов.

Чтобы остановить этот процесс, исследователи из Университета Райса разработали катализатор, который может сделать паровую конверсию метана (SMR) полностью безвыбросовой, используя для проведения реакции свет вместо тепла.

SMR — это химическая реакция, в результате которой из природного газа и других источников метана генерируются водород и оксид углерода.

Исследование может иметь решающее значение для продления срока службы катализаторов, повышения эффективности и снижения затрат в различных промышленных процессах, подверженных коксованию — типу накопления углерода, который может дезактивировать катализаторы.

Новый медно-родиевый фотокатализатор имеет конструкцию антенны-реактора, которая разлагает метан и водяной пар без необходимости внешнего нагрева при воздействии света определенной длины волны.

В результате этого процесса образуются водород и оксид углерода, которые являются ценным сырьем для химической промышленности и не способствуют выбросам парниковых газов.

"Это одно из наших самых впечатляющих открытий на сегодняшний день, поскольку оно предлагает улучшенную альтернативу тому, что, возможно, является самой важной химической реакцией для современного общества", — сказал Питер Нордландер, заведующий кафедрой Висса в Райсе, профессор физики и астрономии, а также профессор электротехники и вычислительной техники, материаловедения и наноинженерии.

"Мы разработали совершенно новый, гораздо более устойчивый способ проведения SMR".

Нордлендер и Наоми Халас, профессор Университета Райса и профессор электротехники и вычислительной техники имени Стэнли К. Мура, являются авторами исследования, недавно опубликованного в журнале Nature Catalysis.

Новый путь реакции SMR использует открытие 2011 года, сделанное лабораториями Халаса и Нордлендера в Университете Райса. Они обнаружили, что плазмоны — коллективные колебания электронов в металлических наночастицах, когда они подвергаются воздействию света — могут испускать "горячие носители", которые представляют собой высокоэнергетические электроны и дырки, способные управлять химическими реакциями.

Мы занимаемся плазмонной фотохимией — плазмон здесь действительно наш ключ, — потому что плазмоны являются действительно эффективными поглотителями света, и они могут генерировать очень энергичные носители, которые могут выполнять необходимые нам химические процессы гораздо эффективнее, чем обычный термокатализ, — сказал Игао Юань, докторант Райсского университета, который является первым автором исследования.

Новая каталитическая система использует наночастицы меди в качестве антенн, собирающих энергию. Поскольку плазмонная поверхность наночастиц меди плохо связывается с метаном, в качестве реакционных центров были добавлены атомы и кластеры родия. Частицы родия прикрепляют молекулы воды и метана к плазмонной поверхности, используя энергию горячих носителей для запуска реакции SMR. "Мы протестировали множество каталитических систем, но эта оказалась лучшей", — сказал Юань.

Исследования показывают, что технология антенно-реакторного типа может эффективно решать проблему дезактивации катализатора, вызванную окислением и коксованием. Эта технология успешно восстанавливает катализатор с помощью света, используя горячие носители для удаления видов кислорода и углеродных отложений. Нордландер сказал, что ключом к этому "замечательному эффекту стало грамотное размещение родия", который распределен экономно и неравномерно по поверхности наночастиц.

Также сообщали, что Китай впервые отправит солнечные панели в море. Ожидается, что морская солнечная установка будет выдерживать 10-метровые волны и дополнит существующие ветряные станции в будущем.