تجزیه گاز‌های گلخانه‌ای با نانوکاتالیست

به گزارش خبرنگار حوزه فناوری گروه علمی پزشكی باشگاه خبرنگاران جوان، گازهای گلخانه‌ای (Green House Gases (GHG گازهایی اتمسفری‌اند که سطح زمین و آب و لایه های هوا را گرم می‌کنند. یک لایه GHG برای حفظ دمای پشتیبان زندگی، برای گیاهان بر سطح سیاره لازم است، اما زیادی آن، گرمایی که به فضا بازتاب می‌شود را کاهش می دهد، بنابراین هوای محبوس در اتمسفر افزایش می یابد. این اثر گلخانه ای مشابه با حالتی است که خودرو در آفتاب پارک کند.

وقتی اشعه‌های خورشید به سطح زمین می‌رسند، بخشی از آنها جذب می‌شود و سطح زمین را گرم می‌کند، زیرا سطح زمین بسیار سردتر از خورشید است. در نتیجه امواج را با طول موج بلندتری نسبت به خورشید منتشر می‌کند.

این روزها انسان‌ها در زمان تماشای تلویزیون، بازی با کامپیوتر، استفاده از کولر، فن‌کوئل و استدیو ضبط صدا، روشن کردن چراغ، شستن لباس‌ها یا اتو کشیدن آنها، گرم کردن غذا در مایکروویو و استفاده از بخاری گازی یا نفتی، گازهای گلخانه‌ای تولید می‌کنند. چون برای انجام این کارها به برق و سوخت نیاز است و تولید این انرژی‌ها نیز خود به سوخت‌های فسیلی نیاز دارد. 

پژوهشگران چینی به تازگی راهبردی ارائه کردند که در آن از نور خورشید می‌توان برای تبدیل دی‌اکسیدکربن به اکسیژن و آب و همچنین مونوکسیدکربن استفاده کرد بدون این که محصول جانبی در آب ایجاد شود. این روش که فتوسنتز مصنوعی است می‌تواند راه‌حل جدیدی برای جلوگیری از گرم‌تر شدن زمین باشد.

یافتن فتوکاتالیستی با کارایی بالا

پژوهشگران مرکز فیزیک نانوساختار‌های یکپارچه در موسسه علوم پایه IBS کره‌جنوبی این فناوری را ارائه کردند. این فناوری قادر است در مرحله اول دی‌اکسیدکربن را به اکسیژن و منوکسیدکربن تبدیل کرده و در مرحله بعد، از آن برای طیف وسیعی از کاربرد‌ها استفاده کرد. نکته مهم، یافتن فتوکاتالیستی با کارایی بالا است.

اکسیدتیتانیم یک فتوکاتالیست رایج است که به دلیل واکنش‌پذیری بالا، سمیت کم و پایداری شیمیایی قابل توجه خود برای استفاده از نور خورشید کاربرد دارد. در حالی که اکسیدتیتانیم معمولی تنها پرتو فرابنفش را جذب می‌کند این گروه تحقیقاتی اکسیدتیتانیمی ساختند که به لطف پهنای باند کاهش یافته در حدود ۲٫۷ ولت، می‌تواند نور مرئی را نیز جذب کند. این کاتالیست از روتایل نامنظم و آناتاز منظم استفاده کردند. آناتاز و روتایل دو حالت بلوری مختلف از اکسیدتیتانیم است. وجود نامنظمی در بلور موجب جذب نور مرئی و همچنین فراسرخ و فرابنفش می‌شود.

برای فتوسنتز مصنوعی کارآمد، به‌منظور تبدیل دی‌اکسیدکربن به اکسیژن و منوکسیدکربن خالص، محققان قصد داشتند تا این نانوذرات را با دی‌اکسیدتیتانیم آبی (Ao/Rd) و چند عنصر فلزی و نیمه‌هادی ترکیب کنند تا در نهایت احیا دی‌اکسیدکربن به منوکسید کربن بهبود یابد. این گروه تحقیقاتی با بررسی فرمولاسیون‌های مختلف، در نهایت موفق به ارائه ساختار بهینه‌ای از نقره، تری‌اکسیدتنگستن و تیتانیم آبی شدند. دلیل استفاده از تری‌اکسیدتنگستن باند ظرفیت کم و باند باریک ۲٫۶ ولتی این ماده بود که در کنار پایداری بالا و هزینه کم موجب شده تا گزینه مناسبی برای ساخت کاتالیست باشد. دلیل حضور نقره در این کاتالیست، ایجاد نوسان جمعی از الکترون‌های آزاد در اثر تابش نور و در نتیجه افزایش جذب نور مرئی است. همچنین نقره موجب انتخاب‌گری بالای منوکسیدکربن می‌شود.

این کاتالیست نانویی حدود ۲۰۰ برابر عملکرد بهتری نسبت به نانوذرات دیگر اکسیدتیتانیم دارد.

انتهای پیام/