Naujas angliavandenilių sintezės būdas gali sumažinti dioksido išmetimą ir cheminių medžiagų gamybos išlaidas.

Naujo anglies dioksido (CO2) pašalinimo, paverčiant molekules į anglies monoksidą (CO), iliustracija. Užuot naudojęs šilumą, nanoskalės metodas pagrįstas paviršiaus energija (violetiniu atspalviu), kurią sukelia elektronų pluoštas (vertikalios sijos), dedamas ant grafito (vertikalių pluoštų), uždėtų ant elektronų pluošto (vertikalių pluoštų). Esant grafitui, padedant energijoms, gaunamoms iš plazmonų, anglies dioksido molekulės (juodas taškas, pritvirtintas prie dviejų raudonų taškų) paverčiamas anglies monoksidu (juodas taškas, pritvirtintas prie raudono taško).

Kambario temperatūros pavertimas CO2 CO

Nacionalinio standartų ir technologijos instituto (NIST) mokslininkai ir jų kolegos pademonstravo kambario temperatūros metodą, kuris gali žymiai sumažinti anglies dvideginio kiekį išmetant iškastinio kuro elektrines, kurios yra vienas iš pagrindinių atmosferos anglies dvideginio išmetimo šaltinių.

Nors tyrėjai parodė šį metodą matmenimis, kurie yra tik nanometrai (milijardai metrų) labai mažo masto kontroliuojamoje aplinkoje, jie jau išrado koncepcijas, kaip išplėsti metodą ir padaryti jį praktišką pritaikant realiame pasaulyje.

Mokslininkų naudojami cheminiai procesai gali ne tik suteikti naują būdą sušvelninti klimato kaitos padarinius, bet ir sumažinti skystųjų angliavandenilių ir kitų pramonėje naudojamų chemikalų gamybos sąnaudas ir energijos poreikį. Taip yra todėl, kad šalutiniai metodo produktai yra blokai, naudojami metano, etanolio ir kitų anglies pagrindu pagamintų junginių perdirbimui pramoninei sintezei.

Grupė pasinaudojo nauju energijos šaltiniu nanopasaulyje, kad sukeltų cheminę reakciją malūne, pašalinančioje anglies dvideginį. Šioje reakcijoje kietoji anglis patenka į vieną iš deguonies atomų anglies dvideginio dujose, paversdama ją anglies monoksidu. Konversijai paprastai reikia didelių energijos kiekių esant aukštai šilumai (bent 700 laipsnių temperatūrai) Celsijaus, pakankamai karštas, kad normaliai ištirptų aliuminį atmosferos slėgyje.

Vietoj šilumos grupė pasikliovė energija, gaunama iš keliaujančių elektronų bangų, vadinamų lokalizuotais paviršiaus plazmonais (LSP), kurios naršo atskirose aliuminio nanodalelėse. Grupė pradėjo LSP svyravimus jaudinančiomis nanodalelėmis su reguliuojamo skersmens elektronų pluoštu. Siauras, vieno nanometro skersmens pluoštas bombardavo atskiras aliuminio nanodaleles, o tūkstantį kartų platesnis spindulys suformavo didelį nanodalelių rinkinį, kuris generavo LSP.

Atliekant grupinį eksperimentą, aliuminio nanodalelės buvo nusodintos ant grafito sluoksnio anglies pavidalu. Tai leidžia nanodalelėms perduoti LSP energiją grafitui. Grupės į sistemą įleidžiamų anglies dioksido dujų atžvilgiu grafitas atliko atskirų deguonies atomų išskyrimo iš anglies dioksido vaidmenį, paversdamas juos anglies monoksidu. Aliuminio nanodalelės buvo palaikomos kambario temperatūroje. Tai atlikdama komanda pasiekė svarbų žygdarbį: pašalino anglies dvideginį nereikalaudama didelio šilumos šaltinio.

Ankstesni anglies dvideginio pašalinimo metodai buvo mažai sėkmingi, nes metodai reikalavo aukštos temperatūros ar slėgio, nes brangieji metalai pabrango arba buvo blogai efektyvūs. Priešingai, LSP metodas naudoja energiją, taip pat aliuminį, pigų ir gausų metalą.

Nors dėl LSP reakcijos susidaro nuodingos dujos – anglies monoksidas – dujos lengvai susijungia su vandeniliu ir sudaro būtinus angliavandenilių junginius, dažniausiai naudojamus pramonėje, tokius kaip metanas ir etanolis, sakė NIST tyrinėtoja Renu Sharma.

Jis ir jo kolegos, Koledžo parko mokslininkai ir Merilendo universiteto Delfte (Nyderlandai) mokslininkai DENSsolutions apie juos pranešė. Gamtos medžiagos.

„Pirmiausia parodėme, kad ši anglies dvideginio reakcija, kuri kitu atveju įvyktų tik esant 700 laipsnių C ar aukštesnei temperatūrai, gali sukelti LSP kambario temperatūroje“, – sakė Canistui Nang ir Merilando universiteto tyrėjas Canhui Wangas.

Tyrėjai pasirinko elektronų pluoštą, kad sužadintų LSP, nes pluoštai taip pat gali būti naudojami rėmo sistemos vaizdams, kurie yra vos vienas milijardas milijono sistemoje. Tai leido grupei apskaičiuoti, kiek anglies dvideginio jie pašalino. Jie tyrė sistemą naudodami perdavimo elektroninį mikroskopą (TEM).

Kadangi tiek anglies dioksido koncentracija, tiek eksperimento reakcijos tūris buvo labai maži, komanda turėjo imtis specialių veiksmų, kad tiesiogiai matuotų susidariusio anglies monoksido kiekį. Jie tai padarė prijungę specialiai modifikuotą dujų elementų atramą iš TEM prie dujų chromatografo masių spektrometro, leidžiantį grupei išmatuoti dalis su milijonais anglies dioksido koncentracijų.

Sharma ir jo kolegos taip pat naudojo elektronų pluošto generuojamus vaizdus, ​​kad matuotų eksperimente užfiksuoto grafito kiekį, nurodantį, kiek pašalinta anglies dvideginio. Jie nustatė, kad santykis tarp anglies monoksido ir anglies dioksido, išmatuoto dujų elementų bako išleidimo angoje, padidėjo tiesiškai, o ėsdinant pašalintos anglies kiekis.

Vaizdai su elektronų pluoštu patvirtina, kad didžioji anglies dalis – anglies dvideginio kiekio mažinimo priemonė – įvyko šalia aliuminio nanodalelių. Papildomi tyrimai atskleidė, kad kai eksperimente trūko aliuminio nanodalelių, buvo užfiksuota tik septintadalis anglies kiekio.

Apribota elektronų pluošto dydžiu, grupės eksperimentinė sistema buvo nedidelė – apie 15–20 nanometrų (mažo viruso dydžio).

Norint padidinti anglies dvideginio pašalinimo iš komercinės gamyklos išmetimo sistemą, šviesos spinduliai gali būti geresnis pasirinkimas nei elektronų pluoštai, kad sužadintų LSP, sakė Wangas. Sharma siūlo, kad skaidrus anglies ir aliuminio nanodalelių gaubtas, kurį būtų galima laisvai supakuoti, galėtų būti uždėtas ant centrinio dūmtraukio. Šviesos pluoštas, veikiantis tinklą, suaktyvintų LSP. Kai išmetamosios dujos praeina per prietaisą, šviesos dalimis įjungtos LSP nanodalelėse suteiktų energijos anglies dioksidui pašalinti.

Prekyboje esančios aliuminio nanodalelės turėtų būti tolygiai paskirstytos, kad būtų užtikrintas maksimalus kontaktas su anglies šaltiniu ir įeinančiu anglies dioksidu, pranešė grupė.

Naujas darbas rodo, kad LSP dabar leidžia atlikti daugybę kitų cheminių reakcijų, kurioms reikalinga didelės energijos infuzija, naudojant plazmonines nanodaleles, kad klestėtų normalioje temperatūroje ir slėgyje.

“Anglies dvideginio mažinimas yra didelis dalykas, tačiau jis būtų dar didesnis, jei sutaupysime didelius energijos kiekius, kambario temperatūroje galėsime pradėti daug cheminių reakcijų, kurias šiandien reikia pašildyti”, – sakė Sharmakas.

Nuoroda: Canhui Wang, Wei-Chang D. Yang, Davidas Raciti, Alina Bruma, Ronaldas Marxas, Amit Agrawal ir Renu Sharma „Endoterminė reakcija, kurią aktyvina plazmos ultravioletinė plazma, suaktyvinta kambario temperatūroje“, 2020 m. Lapkričio 2 d. Gamtos medžiagos.
DOI: 10.1038 / s41563-020-00851-x

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Naujos biologiškai įkvėptų, šviesą sugeriančių nanomedžiagų klasės sintezė

POSS-peptoido molekulės savaime susirenka į romboidinius nanokristalus. Paskola Stephanie King iliustracija Ramiojo vandenyno šiaurės vakarų nacionalinė laboratorija Gamtos įkvėpti Ramiojo vandenyno šiaurės...

Omega-3 derinimas su liaudies papildais gali pakenkti širdžiai

Gydytojai dažnai rekomenduoja omega-3, kurie padeda pacientams sumažinti cholesterolio kiekį ir pagerinti širdies sveikatą. Šie omega-3 gali būti iš riebių žuvų, tokių kaip...

Paviršių poveikis ploniems atominiams puslaidininkiams

Naudodami ultravioletinius spindulius, tyrėjai ištyrė 2-D puslaidininkių (violetinių) elektronines charakteristikas, nes duomenų žemėlapyje padidėja substrato sluoksnių (žalių) skaičius. Raudonas apskritimas žymi elektronines savybes, kurios...

Norėdami pagreitinti atradimą, didelio matmens infraraudonųjų spindulių mikroskopija išeina iš tinklelio

Plytelių rašto, naudojamo skenuoti C. elegans apvalųjį kirminą, pavyzdys. Netinklinis modelis suteikia atrankos algoritmui didesnį lankstumą greitai panaudojant dominančias sritis. Autoriai: Elizabeth...

Neįprastai vykdant pandemiją ir branduolinę gynybą galima apsaugoti žmones nuo nelaimių

Paleiskite „SM-3 Block IB“ perėmėją iš raketinio kreiserio „USS Lake Erie“ (CG 70). Kreditas: JAV karinis jūrų laivynas Gyvenimas Žemėje gali smarkiai ir greitai...

Newsletter

Subscribe to stay updated.