یک کاتالیزور ارزان که از شکر ساخته شده است، قدرت تخریب CO2 را دارد

تحقیقات دانشگاه نورث وسترن یک کاتالیزور مقرون به صرفه ساخته شده از مولیبدن و شکر سفره ای را معرفی می کند که CO2 را به مونوکسید کربن تبدیل می کند و روشی مناسب برای تبدیل کربن جذب شده به محصولات مفید مانند پیش سازهای سوخت ارائه می دهد.

کاتالیزور جدید می تواند راه حلی بالقوه برای استفاده از کربن جذب شده ارائه دهد.

یک کاتالیزور جدید ساخته شده از یک فلز ارزان، فراوان و شکر معمولی، قدرت تخریب دی اکسید کربن (CO) را دارد.₂) گاز.

در جدید دانشگاه نورث وسترن مطالعه، کاتالیزور با موفقیت CO را تبدیل کرد₂ به مونوکسید کربن (CO)، یک بلوک ساختمانی مهم برای تولید مواد شیمیایی مفید مختلف. هنگامی که واکنش در حضور هیدروژن انجام می شود، به عنوان مثال CO₂ و تبدیل هیدروژن به گاز سنتز (یا گاز سنتز)، یک پیش ساز بسیار ارزشمند برای تولید سوخت هایی که به طور بالقوه می تواند جایگزین بنزین شود.

با پیشرفت‌های اخیر در فناوری‌های جذب کربن، جذب کربن پس از احتراق در حال تبدیل شدن به یک گزینه قابل قبول برای مقابله با بحران جهانی تغییرات آب و هوایی است. اما نحوه برخورد با کربن جدا شده همچنان یک سوال بی پایان است. کاتالیزور جدید به طور بالقوه می تواند راه حلی برای دفع گازهای گلخانه ای قدرتمند با تبدیل آن به یک محصول ارزشمندتر ارائه دهد.

این مطالعه در شماره 3 مه این مجله منتشر خواهد شد علوم پایه.

حتی اگر انتشار CO را متوقف کنیم₂ اکنون جو ما همچنان CO اضافی خواهد داشت₂ میلاد کوشوئی از Northwestern که رهبری این مطالعه را بر عهده داشت، گفت: در نتیجه فعالیت‌های صنعتی در قرون گذشته. «هیچ راه حل واحدی برای این مشکل وجود ندارد. ما باید CO را کاهش دهیم₂ انتشارات و یافتن راه های جدید برای کاهش CO₂ تمرکز در حال حاضر در جو ما باید از همه راه حل های ممکن استفاده کنیم.»

این شماتیک روند کامل ایجاد کاتالیزور و استفاده از آن برای تبدیل دی اکسید کربن را نشان می دهد. اعتبار: میلاد خوشویی

ما اولین گروه تحقیقاتی نیستیم که CO را تبدیل می کنیم₂ در یک محصول دیگر،” عمر کی فرها از نورث وسترن، نویسنده ارشد این مطالعه گفت. با این حال، برای اینکه این فرآیند واقعاً عملی باشد، به کاتالیزوری نیاز دارد که چندین معیار کلیدی را برآورده کند: مقرون به صرفه بودن، ثبات، سهولت تولید و مقیاس پذیری. متعادل کردن این چهار عنصر کلیدی است. خوشبختانه، مواد ما بیش از این الزامات است.

فرها، متخصص در فن‌آوری‌های جذب کربن، استاد شیمی چارلز ای و اما اچ موریسون در کالج هنر و علوم واینبرگ نورث‌وسترن است. پس از شروع این کار به عنوان دکتری. خوشوئی، کاندیدای دانشگاه کلگری در کانادا، اکنون یک دانشجوی فوق دکترا در آزمایشگاه فرها است.

راه حل هایی از کمد

راز پشت کاتالیزور جدید کاربید مولیبدن است که یک ماده سرامیکی بسیار سخت است. بر خلاف بسیاری از کاتالیزورهای دیگر که به فلزات گران قیمت مانند پلاتین یا پالادیوم نیاز دارند، مولیبدن یک فلز پایه ارزان و به وفور در زمین است.

برای تبدیل مولیبدن به کاربید مولیبدن، دانشمندان به منبع کربن نیاز داشتند. آنها در مکانی غیرمنتظره یک گزینه ارزان پیدا کردند: کمد. با کمال تعجب، شکر – شکر دانه ریز سفید که تقریباً در هر خانه ای یافت می شود – به عنوان منبع ارزان و راحت اتم های کربن عمل می کند.

خوشوئی گفت: هر روز که سعی می کردم این مواد را سنتز کنم، شکر را از خانه به آزمایشگاه می آوردم. در مقایسه با سایر کلاس‌های موادی که معمولاً برای کاتالیزورها استفاده می‌شوند، مواد ما فوق‌العاده ارزان هستند.»

با موفقیت انتخابی و پایدار است

هنگامی که آنها کاتالیزور را آزمایش کردند، فرها، خوشوی و همکارانشان تحت تأثیر موفقیت آن قرار گرفتند. در فشار محیط و دمای بالا (300-600 درجه) کار می کند درجه سانتیگراد) کاتالیزور CO را تبدیل می کند₂ در CO با انتخاب 100٪.

گزینش پذیری بالا به این معنی است که کاتالیزور فقط روی CO عمل می کند₂ بدون ایجاد مزاحمت برای مواد اطراف به عبارت دیگر، صنعت می تواند کاتالیزور را برای حجم زیادی از گازهای به دام افتاده اعمال کند و به طور انتخابی فقط CO را هدف قرار دهد₂. کاتالیزور نیز در طول زمان ثابت می ماند، به این معنی که فعال می ماند و تجزیه نمی شود.

فرها گفت: «در شیمی، غیرمعمول نیست که یک کاتالیزور پس از چند ساعت گزینش پذیری خود را از دست بدهد. اما پس از 500 ساعت در شرایط سخت، گزینش پذیری آن تغییر نکرده است.

این امر به ویژه قابل توجه است زیرا CO₂ یک مولکول پایدار و پایدار است.

«تبدیل CO₂ خوشوئی گفت: آسان نیست. “CO₂ یک مولکول شیمیایی پایدار است، و ما باید بر این ثبات غلبه می‌کردیم که انرژی زیادی می‌برد.

رویکردی پشت سر هم برای پاکسازی کربن

توسعه مواد جذب کربن تمرکز اصلی آزمایشگاه فرها است. گروه او چارچوب های فلزی-آلی را توسعه می دهد (MF) دسته ای از مواد بسیار متخلخل و در مقیاس نانو که فرها آن را به “اسفنج های حمام پیچیده و قابل برنامه ریزی” تشبیه می کند. فرها در حال تحقیق در مورد MOF ها برای کاربردهای مختلف از جمله استخراج CO است₂ مستقیم از هوا

فرها اکنون می گوید که MF و کاتالیزور جدید می توانند با هم همکاری کنند تا در جذب و جداسازی کربن نقش داشته باشند.

فرها پیشنهاد کرد: «در برخی مواقع، ما می‌توانیم از یک MOF برای جذب CO2 استفاده کنیم و به دنبال آن یک کاتالیزور آن را به چیزی مفیدتر تبدیل کنیم. “یک سیستم پشت سر هم با استفاده از دو ماده مختلف برای دو مرحله متوالی می تواند راهگشا باشد.”

این می تواند به ما کمک کند تا به این سوال پاسخ دهیم که با CO ضبط شده چه کنیم₂خوشوئی افزود؟ «در حال حاضر طرح این است که آن را در زیر زمین منزوی کنیم. اما مخازن زیرزمینی برای ذخیره ایمن و دائمی CO باید الزامات زیادی را برآورده کنند₂. ما می‌خواستیم راه‌حلی جهانی‌تر طراحی کنیم که بتوان در هر جایی از آن استفاده کرد و در عین حال ارزش اقتصادی اضافه کرد.»

مرجع: “یک کاتالیزور مکعبی کاربید مولیبدن فعال و پایدار برای واکنش جابجایی آب-گاز معکوس با دمای بالا” نوشته میلاد احمدی کوشوئی، ژیون وانگ، جراردو ویتال، فیلیپ فرمالیک، کنت او. کرلیکوالی، راندال ک. سنور، پدرو پره آلمائو و عمر کی فرها، 2 مه 2024، علوم پایه.
DOI: 10.1126/science.adl1260

این تحقیق توسط وزارت انرژی ایالات متحده، بنیاد ملی علوم و شورای تحقیقات علوم طبیعی و مهندسی کانادا پشتیبانی شد.