CO₂ Fotoriduzione a CH₄ Performance Under Concentrateing Solar Light

L’utilizzo dei combustibili fossili è accompagnato da grandi quantità di emissioni di CO2, contribuendo notevolmente al riscaldamento globale. L’acquisizione, lo stoccaggio e la conversione di CO₂ sono essenziali per ridurre il contenuto di_{CO 2} nell’atmosfera¹. La fotoriduzione tra CO₂ e idrocarburi può ridurre co2, convertire CO₂ in combustibili e risparmiare energia solare. Tuttavia, la CO₂ è una molecola estremamente stabile. Il suo legame di C-O possiede un’energia di dissociazione più alta (circa 750 kJ/mol)². Ciò significa che la CO₂ è molto difficile da attivare e trasformare e solo le luci a breve lunghezza d’onda ad alta energia possono essere funzionali durante il processo. Pertanto, gli studi di fotoriduzione del CO₂ soffrono di bassi tassi di conversione e tassi di reazione attualmente. La maggior parte dei tassi di rendimento ch₄ segnalati si trova solo a diversi livelli di_cata^-1-h^-h su un catalizzatore TiO₂ ^3,4. La progettazione e la fabbricazione di sistemi fotocatalitici con elevata efficienza di conversione e tasso di reazione per la riduzione della CO2 rimangono una sfida.

Un’area popolare di ricerca sui catalizzatori di fotoriduzione delle co2 è quella di ampliare la banda luminosa disponibile allo spettro visibile e migliorare l’efficienza di utilizzo di queste lunghezze d’onda^5,6. Invece, in questo manoscritto, cerchiamo di aumentare il tasso di reazione aumentando l’intensità della luce. Poiché la forza motrice di una reazione fotocatalitica è la luce solare, l’idea di base è quella di utilizzare la tecnologia di concentrazione per aumentare l’intensità della luce solare incidente e, quindi, aumentare il tasso di reazione. Questo è simile a un processo termalitico, dove il tasso di reazione può essere aumentato aumentando la temperatura. Naturalmente, l’effetto della temperatura non può essere aumentato all’infinito, e allo stesso modo con l’intensità della luce; uno degli obiettivi principali di questa ricerca è quello di trovare un adeguato rapporto di intensità o concentrazione della luce.

Questo non è il primo esperimento che utilizza la tecnologia di concentrazione. Infatti, è stato ampiamente utilizzato nella concentrazione dell’energia solare e del trattamento delle acque reflue^7,8. Biomateriali come la segatura a legno di faggio possono essere piacizzati in un reattore solare^9,10. Alcuni rapporti precedenti hanno menzionato il metodo per la fotoriduzione_co2 ^11,12,13. Un campione ha mostrato un incremento del 50% della resa del prodotto quando l’intensità della luce è stata raddoppiata^{di 14}. Il nostro gruppo ha scoperto che la luce concentrata può aumentare il tasso di rendimento di CH₄ con un aumento di intensità fino a 12 volte. Inoltre, il pretrattamento del catalizzatore prima della reazione di concentrazione della luce può aumentare ulteriormente il tasso di resa CH₄ ¹⁵. Qui, dimostriamo il sistema sperimentale e il metodo in dettaglio.