태양광 집중 하에서 CH₄ 성능에 대한 CO₂ 광감소

화석 연료의 활용은 많은 양의_CO2 배출을 수반하여 지구 온난화에 크게 기여합니다. _CO2 캡처, 저장 및 변환은 대기권에서 CO2 함량을 감소시키는 데 필수적이다^1. 탄화수소로 의 CO2 광감소는 CO2를 줄이고 CO2를 연료로 변환하며 태양 에너지를 절약할 수 있습니다. 그러나, CO2는 매우 안정적인 분자이다. 그것의 C = O 채권은 더 높은 해리 에너지 (약 750kJ / mol)를 소유2 . 이는 CO2가 활성화및 변형되기 매우 어렵고, 고에너지의 짧은 파장 조명만이 공정 중에 작동할 수 있음을 의미합니다. 따라서_CO2 광감소 연구는 현재 낮은 전환 효율 및 반응률로 고통받고 있습니다. 가장 많이 보고된 CH4 수율 은 TiO2 촉매 ^3,4에대해 여러 μmol·g_{카타-1·h-1}수준에서만 이다. CO2 감소를 위한 높은 변환 효율과 반응 률을 갖춘 광촉매 시스템의 설계 및 제작은 여전히 과제입니다.

CO2 광감소 촉매에 대한 연구의 한 가지 인기있는 영역은 가시 스펙트럼으로 사용 가능한 광 대역을 넓히고 이러한 파장의 활용 효율을 향상시키는^것입니다5,^6. 대신, 이 원고에서는 빛의 강도를 높여 반응 속도를 높이려고 노력합니다. 광촉매 반응의 원동력은 태양광이기 때문에, 기본 아이디어는 집중 기술을 사용하여 입사 태양광 의 강도를 높이고, 따라서 반응 속도를 높이는 것입니다. 이것은 온도를 증가시켜 반응 속도를 증가시킬 수있는 열촉매 과정과 유사합니다. 물론, 온도 효과는 무한히 증가 할 수 없으며, 마찬가지로 빛의 강도; 이 연구의 주요 목표는 적절한 광강도 또는 농도 비율을 찾는 것입니다.

이것은 집중 기술을 사용하는 첫 번째 실험이 아닙니다. 실제로, 태양광 발전 및 폐수 처리^7,8을집중시키는 데 널리 사용되어 왔다. 너도밤나무 톱밥과 같은 생체재료는 태양광 반응기^9,10에서열분해될 수 있다. 일부 이전 보고서는 CO₂ 광감소^11,12,13에대한 방법을 언급했다. 한 샘플은 광강도가^14배가되었을 때 제품 수율에서 50% 증분을 나타내었다. 우리 그룹은 집중 빛이 CH4 수율 속도를 올릴 수 있다는 것을 발견했습니다 12 배 강도 증가. 또한, 빛을 집중시킴으로써 반응 전 촉매의 전처리는 CH4 수율(15)을 더욱 증가시킬 수 있다. 여기서는 실험 시스템 및 방법을 자세히 시연합니다.