Химики создают молекулярный «лист», который собирает и хранит солнечную энергию без солнечных батарей
Международная команда учёных-химиков во главе с Лян-ши Ли в Университете Индианы достигла нового рубежа в стремлении переработать диоксид углерода в атмосфере Земли в топливо.
Химики спроектировали молекулу, которая использует свет или электроэнергию для преобразования углекислого газа парниковых газов в моноксид углерода — источник углерода, нейтральный по отношению к углероду, более эффективный, чем любой другой метод «сокращения углерода».
Этот процесс описан в Журнале Американского химического общества.
«Если вы можете создать достаточно эффективную молекулу для этой реакции, она будет производить энергию, которая является свободной и пригодной для хранения в виде топлива» — сказал Ли, адъюнкт-профессор в Отделе химии.
Сжигающее топливо — такое как угарный газ — вырабатывает углекислый газ и выделяет энергию. Возвращение углекислого газа в топливо требует, по крайней мере, такого же количества энергии. Одной из основных целей учёных было уменьшение избыточной энергии.
Это именно то, чего достигает молекула: требуя минимального количества энергии, стимулирует образование моноксида углерода. Молекула — комплекс nanographene-rhenium, через органическое соединение, известное как бипиридин, запускает высокоэффективную реакцию, которая преобразует диоксид углерода в монооксид углерода.
Эффективно использовать угарный газ, благодаря универсальности молекулы
«Угарный газ является важным сырьём во многих промышленных процессов» — сказал Ли. «Это также способ хранения энергии в качестве топлива, нейтрального к углероду, так как вы больше не убираете углерод в атмосферу, а просто перезапускаете солнечную энергию, используя газ для её производства».
Секретом эффективности молекулы является нанографен — часть графита нанометрового масштаба, обычная форма углерода (т.е. чёрный «свинец» в карандашах) — потому что тёмный цвет материала поглощает большое количество солнечного света.
Ли сказал, что бипиридиновые-металлические комплексы давно изучаются, чтобы уменьшить углекислый газ до угарного газа при солнечном свете. Но эти молекулы могут использовать только крошечную ленту света в солнечном свете, прежде всего в ультрафиолетовой области, которая невидима для невооруженного глаза. Напротив, молекула, разработанная в IU, использует силу поглощения света нанографеном, чтобы создать реакцию, в которой солнечный свет используется на длине волны до 600 нанометров — большая часть спектра видимого света.
По существу, по словам Ли, молекула действует как двухкомпонентная система: нанопрененский «сборщик энергии», который поглощает энергию от солнечного света и атомного «двигателя» рения, который собственно производит угарный газ. Коллектор энергии управляет потоком электронов к атому рения, многократно связывает и преобразует обычно стабильный диоксид углерода в монооксид углерода.
Идея связать nanographene с металлом возникла из предыдущих попыток Ли создать более эффективную солнечную ячейку с углеродным материалом. «Мы задались вопросом: можем ли использовать светопоглощающее качество нанографена, чтобы управлять реакцией?»
Ли планирует сделать молекулу более мощной, в том числе сделать её более долгой и в нежидкой форме, поскольку твёрдые катализаторы легче использовать в реальном мире. Он также работает над заменой атома рения в молекуле — редком элементе — марганцем, более распространенным и менее дорогим металлом.
Ученый изобрел способ инициировать искусственный фотосинтез для очистки воздуха
Для чего ведут промысел Морской Губки
