CO₂ fotoreductie naar CH₄ prestaties onder concentreren Solar Light

Het gebruik van fossiele brandstoffen gaat gepaard met grote hoeveelheden CO₂ -uitstoot, die sterk bijdraagt aan de opwarming van de aarde. CO₂ Capture, Storage en Conversion zijn essentieel om de co₂ -inhoud in de atmosfeer¹te reduceren. De photoreductie van CO₂ op koolwaterstoffen kan co₂verminderen, co₂ omzetten in brandstoffen en zonne-energie besparen. CO₂ is echter een extreem stabiele molecule. De C = O-binding bezit een hogere dissociatie energie (ongeveer 750 kJ/mol)². Dit betekent dat CO₂ zeer moeilijk te activeren en te transformeren is, en alleen korte golflengte lichten met hoge energie kunnen tijdens het proces functioneel zijn. Daarom hebben CO₂ photoreduction studies last van lage conversie-efficiëntie en reactiepercentages op dit moment. De meeste gerapporteerde_{CH 4} -rendementspercentages zijn slechts op verschillende μmol · g_Cata^-1· h^-1- niveaus op een Tio₂ -katalysator^3,4. Het ontwerp en de fabricage van fotokatalytische systemen met een hoge conversie-efficiëntie en reactiesnelheid voor CO₂ -reductie blijven een uitdaging.

Een populair gebied van onderzoek naar co₂ -fotoreductie-katalysatoren is het verbreden van de beschikbare lichtband tot het zichtbare spectrum en het verbeteren van de gebruiksefficiëntie van deze golflengten^5,6. In plaats daarvan proberen we in dit manuscript de reactiesnelheid te verhogen door de lichtintensiteit te verbeteren. Aangezien de drijvende kracht van een fotokatalytische reactie zonne-licht is, is het basisidee om de concentratie technologie te gebruiken om de zonnelicht intensiteit van het incident te verhogen en daarom de reactiesnelheid te verhogen. Dit is vergelijkbaar met een thermokatalytisch proces, waarbij de reactiesnelheid kan worden verhoogd door de temperatuur te verhogen. Natuurlijk kan het temperatuur effect niet oneindig worden verhoogd, en ook met de lichtintensiteit; een belangrijk doel van dit onderzoek is het vinden van een geschikte lichtintensiteit of concentratie ratio.

Dit is niet het eerste experiment dat gebruik maakt van de concentratie technologie. In feite, het is op grote schaal gebruikt in het concentreren van zonne-energie en afvalwater behandeling^7,8. Biomaterialen zoals beukenhout zaagsel kunnen in een zonne reactor^9,10worden gepyrolyseerd. Sommige eerdere rapporten hebben de methode voor co₂ photoreduction^11,12,13genoemd. Eén monster vertoonde een toename van 50% in de productopbrengst wanneer de lichtintensiteit werd verdubbeld¹⁴. Onze groep heeft geconstateerd dat het concentreren van licht het opbrengstpercentage van de CH₄ kan verhogen met een tot 12-voudige toename van de intensiteit. Bovendien kan de voor behandeling van de katalysator vóór de reactie door het concentreren van licht de opbrengst van de CH₄ verder verhogen¹⁵. Hier demonstreren we het experimentele systeem en de methode in detail.