CO₂ Photoreduction к CH₄ Производительность под концентрацией солнечного света

Использование ископаемых видов топлива сопровождается большим количеством выбросов CO 2, что в значительной степени способствует глобальному потеплению. Улавливание, хранение и конверсия CO₂ необходимы для снижения содержания CO₂ в атмосфере^1. Фотосокращение CO₂ к углеводородамможет уменьшить CO 2, преобразовать CO₂ в топливо и сэкономить солнечную энергию. Тем не менее, CO₂ является чрезвычайно стабильной молекулой. Его связь СЗО обладает более высокой энергией диссоциации (около 750 кДж/моль)². Это означает, что CO₂ очень трудно быть активированы и преобразованы, и только коротковолновые огни с высокой энергией может быть функциональным во время процесса. Таким образом, CO₂ фотоreduction исследования страдают от низкой эффективности преобразования и скорость реакции в настоящее время. Большинство сообщили CH₄ урожайность ставки только на несколько qmol’g_ката^-1ч^-1 уровни на Катализатор TiO₂ ^3,4. Проектирование и изготовление фотокаталитических систем с высокой эффективностью конверсии и скоростью реакции для сокращения выбросов CO₂ остаются сложной задачей.

Одной из популярных областей исследований co₂ photoreduction катализаторов является расширение доступного светового диапазона до видимого спектра и повышения эффективности использования этих длин волн^5,6. Вместо этого, в этой рукописи, мы пытаемся увеличить скорость реакции за счет повышения интенсивности света. Поскольку движущей силой фотокаталитическая реакция является солнечный свет, основная идея заключается в использовании технологии концентрации для повышения интенсивности солнечного света и, следовательно, увеличения скорости реакции. Это похоже на термокаталитический процесс, где скорость реакции может быть увеличена за счет повышения температуры. Конечно, эффект температуры не может быть увеличен бесконечно, и также с интенсивностью света; основной целью этого исследования является поиск подходящей интенсивности света или соотношения концентрации.

Это не первый эксперимент, в ходе которого используется технология концентрации. В самом деле, он был широко использован в концентрации солнечной энергии и очистки сточных вод^7,8. Биоматериалы, такие как буковые древесные опилки могут быть pyrolyzed в солнечном реакторе^9,10. Некоторые предыдущие доклады упоминали метод для CO₂ photoreduction^11,12,13. Один образец показал 50% приращения в выходе продукта, когда интенсивность света была удвоена¹⁴. Наша группа обнаружила, что концентрация света может повысить коэффициент урожайности CH₄ с увеличением интенсивности до 12 раз. Кроме того, предварительная обработка катализатора перед реакцией путем концентрации света может еще больше увеличить коэффициент урожайности CH₄ ^15. Здесь мы подробно демонстрируем экспериментальную систему и метод.