Vooruitgang in lasertechnologie opent nieuwe vooruitzichten voor schonere brandstof en energie

Wetenschappers hebben een lasertechnologie ontwikkeld die in de toekomst wegen zou kunnen openen voor schone brandstof- en energietechnologieën.

We hebben dringend behoefte aan milieuvriendelijke en duurzame manieren om fossiele brandstoffen, olie en aardgas te vervangen. Koolstofdioxide (CO2) is een overvloedig afvalproduct dat wordt geproduceerd door alle activiteiten en bronnen die afhankelijk zijn van fossiele brandstoffen. Ongeveer 35 miljard ton kooldioxide komt in onze atmosfeer terecht planeet jaarlijks in de atmosfeer als afvalproduct van elektriciteitscentrales, voertuigen en industriële installaties over de hele wereld. Om de effecten van CO2 op het mondiale klimaat te verzachten, zou deze verspilde CO2 liever omgezet kunnen worden in bruikbaar materiaal energie-niveau zoals koolmonoxide en andere energierijke bronnen. Reageer met water CO2 produceert bijvoorbeeld energierijk waterstofgas, wanneer het reageert met waterstof produceert het nuttige chemicaliën zoals koolwaterstoffen of alcohol. Dergelijke producten kunnen voor verschillende doeleinden worden gebruikt en ook op wereldwijde industriële schaal.

Elektrokatalysatoren zijn katalysatoren die deelnemen aan elektrochemische reacties - wanneer een chemische reactie plaatsvindt, maar er is ook elektrische stroom bij betrokken. De juiste katalysator kan bijvoorbeeld helpen om waterstof en zuurstof gecontroleerd te laten reageren om water te maken, anders is het gewoon een willekeurig mengsel van twee gassen. Of zelfs om elektriciteit te produceren door waterstof en zuurstof te verbranden. Elektrokatalysatoren wijzigen of verhogen de snelheid van chemische reacties zonder zelf in de reactie te worden verbruikt. In de context van CO2 worden elektrokatalysatoren gezien als relevant en veelbelovend in termen van het bereiken van efficiëntie 'step-change' in de reductie van CO2 zoals gewenst.

Helaas is het exacte mechanisme van hoe deze elektrokatalysatoren werken niet volledig begrepen en het blijft een grote uitdaging om onderscheid te maken tussen lagen van kortlevende intermediaire moleculen met de "ruis" van inactieve moleculen in de oplossing. Dit beperkte begrip van het mechanisme levert problemen op bij elke mogelijke wijziging in het ontwerp van elektrokatalysatoren.

Wetenschappers van Liverpool University UK hebben aangetoond dat laser-gebaseerde spectroscopietechniek voor elektrochemische reductie van koolstofdioxide in-situ in hun studie gepubliceerd in Natuur Katalyse. Ze gebruikten voor het eerst Vibrational Sum-Frequency Generation of VSFG-spectroscopie samen met elektrochemische experimenten om een ​​katalysator (Mn(bpy)(CO)3Br) te onderzoeken die wordt gezien als een veelbelovende elektrokatalysator voor CO2-reductie. Voor het eerst werd het gedrag waargenomen van cruciale tussenpersonen die gedurende een zeer korte periode in de katalytische cyclus van een reactie aanwezig zijn. VSFG-technologie maakt het mogelijk om het gedrag en de beweging van zelfs extreem kortlevende soorten in een katalytische cyclus te volgen en helpt ons daarom te begrijpen hoe elektrokatalysatoren werken. Dus het exacte gedrag van hoe elektrokatalysatoren in een chemische reactie werken, wordt begrepen.

Deze studie geeft inzicht in enkele van de complexe chemische routes en kan ons in staat stellen om nieuwe ontwerpen voor elektrokatalysatoren te maken. Onderzoekers onderzoeken al hoe de gevoeligheid van deze techniek kan worden verbeterd en ontwikkelen een nieuw detectiesysteem voor een betere signaal-ruisverhouding. Deze aanpak kan helpen om wegen te openen voor efficiënte schone brandstof en vergaar meer potentieel voor schone energie. Een dergelijk proces moet uiteindelijk industrieel worden opgeschaald om op commercieel niveau meer efficiëntie te bereiken. Het verwerken van grote hoeveelheden CO2 die wordt geproduceerd door fabrieken die fossiele brandstoffen verbranden, vereist industriële vooruitgang.

***

{U kunt de originele onderzoekspaper lezen door op de DOI-link hieronder in de lijst met geciteerde bron(nen) te klikken}

Bron (nen)

Neri G et al. 2018. Detectie van katalytische tussenproducten aan een elektrode-oppervlak tijdens kooldioxidereductie door een katalysator in overvloed in de aarde. Natuur Katalyse. https://doi.org/10.17638/datacat.liverpool.ac.uk/533

***