CO₂ photoreduction para CH₄ desempenho a concentração de luz solar

A utilização de combustíveis fósseis é acompanhada por grandes quantidades de emissões de CO₂ , contribuindo grandemente para o aquecimento global. CO₂ captura, armazenamento e conversão são essenciais para reduzir o conteúdo de co₂ na atmosfera¹. A fotorredução de co₂ para hidrocarbonetos pode reduzir co₂, converter co₂ para combustíveis, e economizar energia solar. No entanto, CO₂ é uma molécula extremamente estável. Sua ligação de C = O possui uma energia mais elevada da dissociação (aproximadamente 750 kJ/mol)². Isto significa que CO₂ é muito difícil de ser ativado e transformado, e apenas curto comprimento de onda luzes com alta energia pode ser funcional durante o processo. Conseqüentemente, os estudos do fotorredução do co₂ sofrem das baixas eficiências da conversão e das taxas da reação presentemente. A maioria de taxas de rendimento relatadas ch₄ são somente em diversos μmol · g_cata^-1· níveis de h^-1 em um Catalyst^3detio₂ ,⁴. O projeto e a fabricação de sistemas fotocatalíticos com alta eficiência de conversão e taxa de reação para redução de CO₂ permanecem um desafio.

Uma área popular de pesquisa em co₂ catalisadores fotorredução é ampliar a faixa de luz disponível para o espectro visível e aumentar a eficiência de utilização destes comprimentos de onda^5,6. Em vez disso, neste manuscrito, tentamos aumentar a taxa de reação, aumentando a intensidade da luz. Como a força motriz de uma reação fotocatalítica é a luz solar, a idéia básica é usar a tecnologia de concentração para elevar a intensidade da luz solar incidente e, portanto, aumentar a taxa de reação. Isso é semelhante a um processo termocatalítico, onde a taxa de reação pode ser aumentada aumentando a temperatura. Naturalmente, o efeito da temperatura não pode ser aumentado infinita, e do mesmo modo com a intensidade de luz; um dos principais objetivos desta pesquisa é encontrar uma relação de intensidade ou concentração de luz adequada.

Este não é o primeiro experimento que usa a tecnologia de concentração. Na verdade, tem sido amplamente utilizado na concentração de energia solar e tratamento de águas residuais^7,8. Os biomateriais, como a serragem de madeira de faia^,podem ser pirolisados em um reator solar^9,10. Alguns relatos anteriores mencionaram o método de co₂ fotorredução^11,12,13. Uma amostra exibiu um incremento de 50% no rendimento do produto quando a intensidade da luz foi duplicada¹⁴. Nosso grupo encontrou que concentrar a luz pode levantar a taxa do rendimento do CH₄ com um aumento de até 12 vezes na intensidade. Além disso, o pré-tratamento do catalisador antes da reação concentrando a luz pode aumentar ainda mais a taxa de rendimento de CH₄ ¹⁵. Aqui, demonstramos o sistema experimental e o método em detalhe.