طور العلماء تقنية ليزر يمكن أن تفتح طرقًا للوقود النظيف وتقنيات الطاقة في المستقبل.
نحن بحاجة ماسة إلى طرق صديقة للبيئة ومستدامة لاستبدال الوقود الأحفوري والنفط والغاز الطبيعي. ثاني أكسيد الكربون (CO2) هو منتج نفايات وافر تنتجه جميع الأنشطة والمصادر التي تعتمد على الوقود الأحفوري. يتم إطلاق حوالي 35 مليار طن متري من ثاني أكسيد الكربون في أجسامنا الكوكب الغلاف الجوي سنويًا كمنتج نفايات من محطات توليد الطاقة الكهربائية والمركبات والمنشآت الصناعية في جميع أنحاء العالم. وللتخفيف من آثار ثاني أكسيد الكربون على المناخ العالمي، يمكن تحويل ثاني أكسيد الكربون المهدر إلى قابل للاستخدام طاقة مثل أول أكسيد الكربون ومصادر الطاقة الوفيرة الأخرى. على سبيل المثال ، ينتج عن التفاعل مع الماء CO2 غاز الهيدروجين الغني بالطاقة ، وعند تفاعله مع الهيدروجين فإنه ينتج مواد كيميائية مفيدة مثل الهيدروكربونات أو الكحول. يمكن استخدام هذه المنتجات لأغراض مختلفة وذلك أيضًا على نطاق صناعي عالمي.
المحفزات الكهربية هي محفزات تشارك في التفاعلات الكهروكيميائية - عند حدوث تفاعل كيميائي ولكن الطاقة الكهربائية متضمنة أيضًا. على سبيل المثال ، يمكن أن يساعد المحفز المناسب في تفاعل الهيدروجين والأكسجين لتكوين الماء بطريقة خاضعة للرقابة ، وإلا فسيكون مجرد خليط عشوائي من غازين. أو حتى لإنتاج الكهرباء عن طريق حرق الهيدروجين والأكسجين. تقوم المحفزات الكهربائية بتعديل أو زيادة معدل التفاعلات الكيميائية دون أن يتم استهلاكها في التفاعل. في سياق ثاني أكسيد الكربون ، يُنظر إلى المحفزات الكهربائية على أنها وثيقة الصلة وواعدة من حيث تحقيق الكفاءة "التغيير التدريجي" في تقليل ثاني أكسيد الكربون حسب الرغبة.
لسوء الحظ ، فإن الآلية الدقيقة لكيفية عمل هذه المحفزات الكهربائية ليست مفهومة تمامًا ولا يزال يمثل تحديًا كبيرًا للتمييز بين طبقات الجزيئات الوسيطة قصيرة العمر مع "ضوضاء" الجزيئات غير النشطة في المحلول. يطرح هذا الفهم المحدود للآلية صعوبات في أي تغيير محتمل في تصميم المحفزات الكهربائية.
أظهر العلماء في جامعة ليفربول بالمملكة المتحدة أ الليزر- تقنية التحليل الطيفي القائمة على الاختزال الكهروكيميائي لثاني أكسيد الكربون في الموقع في دراستهم المنشورة في تحفيز الطبيعة. استخدموا توليد التردد الاهتزازي أو التحليل الطيفي VSFG لأول مرة جنبًا إلى جنب مع التجارب الكهروكيميائية لاستكشاف عامل حفاز (Mn (bpy) (CO) 3Br) والذي يُنظر إليه على أنه محفز كهربائي واعد لخفض ثاني أكسيد الكربون. لوحظ لأول مرة سلوك الوسطاء المهمين الموجودين في الدورة التحفيزية للتفاعل لفترة قصيرة جدًا. تتيح تقنية VSFG متابعة سلوك وحركة الأنواع قصيرة العمر للغاية في دورة تحفيزية ، وبالتالي تساعدنا على فهم كيفية عمل المحفزات الكهربائية. لذلك ، يتم فهم السلوك الدقيق لكيفية عمل المحفزات الكهربائية في تفاعل كيميائي.
تقدم هذه الدراسة نظرة ثاقبة لبعض المسارات الكيميائية المعقدة ويمكن أن تسمح لنا بإنشاء تصميمات جديدة للمحفزات الكهربائية. يدرس الباحثون بالفعل كيفية تحسين حساسية هذه التقنية ويقومون بتطوير نظام اكتشاف جديد لتحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء. يمكن أن يساعد هذا النهج في فتح السبل لتحقيق الكفاءة وقود نظيف واكتساب المزيد من الإمكانات الطاقة النظيفة. تحتاج هذه العملية في النهاية إلى التوسع الصناعي لتحقيق المزيد من الكفاءة على المستوى التجاري. تتطلب معالجة كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون المنتج من محطات حرق الوقود الأحفوري تقدمًا صناعيًا.
***
{يمكنك قراءة ورقة البحث الأصلية عن طريق النقر فوق ارتباط DOI الوارد أدناه في قائمة المصدر (المصادر) المذكورة}
المصدر (ق)
نيري جي وآخرون. 2018. الكشف عن المواد الوسيطة المحفزة على سطح قطب كهربائي أثناء تقليل ثاني أكسيد الكربون بواسطة محفز وفير الأرض. تحفيز الطبيعة. https://doi.org/10.17638/datacat.liverpool.ac.uk/533
***
