دانشمندان فناوری لیزری را توسعه داده‌اند که می‌تواند راه‌هایی را برای فناوری‌های سوخت و انرژی پاک در آینده باز کند.
ما برای جایگزینی سوخت های فسیلی، نفت و گاز طبیعی به راه های سازگار با محیط زیست و پایدار نیاز فوری داریم. دی اکسید کربن (CO2) یک محصول زباله فراوان است که توسط تمام فعالیت ها و منابع متکی به سوخت های فسیلی تولید می شود. حدود 35 میلیارد تن دی اکسید کربن در بدن ما آزاد می شود سیاره اتمسفر سالانه به عنوان یک محصول زائد از نیروگاه های تولید برق، وسایل نقلیه و تاسیسات صنعتی در سراسر جهان. برای کاهش اثرات CO2 بر آب و هوای جهانی، این CO2 هدر رفته را می توان به قابل استفاده تبدیل کرد انرژی مانند مونوکسید کربن و سایر منابع سرشار از انرژی. به عنوان مثال، واکنش با آب CO2 گاز هیدروژن غنی از انرژی تولید می کند، زمانی که با هیدروژن واکنش می دهد، مواد شیمیایی مفیدی مانند هیدروکربن ها یا الکل تولید می کند. چنین محصولاتی را می توان برای اهداف مختلف و همچنین در مقیاس صنعتی جهانی استفاده کرد.
الکتروکاتالیست‌ها کاتالیزورهایی هستند که در واکنش‌های الکتروشیمیایی شرکت می‌کنند - زمانی که یک واکنش شیمیایی در حال انجام است اما نیروی الکتریکی نیز درگیر است. به عنوان مثال، کاتالیزور مناسب می‌تواند به واکنش هیدروژن و اکسیژن برای تولید آب به صورت کنترل‌شده کمک کند، در غیر این صورت فقط مخلوطی تصادفی از دو گاز خواهد بود. یا حتی برای تولید برق با سوزاندن هیدروژن و اکسیژن. الکتروکاتالیست ها سرعت واکنش های شیمیایی را تغییر می دهند یا افزایش می دهند بدون اینکه خودشان در واکنش مصرف شوند. در زمینه CO2، الکتروکاتالیست‌ها از نظر دستیابی به راندمان «تغییر مرحله‌ای» در کاهش CO2 به صورت دلخواه، مرتبط و امیدوارکننده هستند.
متأسفانه، مکانیسم دقیق نحوه عملکرد این الکتروکاتالیست‌ها کاملاً درک نشده است و تمایز بین لایه‌های مولکول‌های میانی کوتاه‌مدت با «نویز» مولکول‌های غیرفعال در محلول، چالش مهمی باقی می‌ماند. این درک محدود از مکانیسم، مشکلاتی را در هر گونه تغییر احتمالی در طراحی الکتروکاتالیست ها ایجاد می کند.
دانشمندان دانشگاه لیورپول انگلستان نشان داده اند که یک لیزرروش طیف سنجی مبتنی بر کاهش الکتروشیمیایی دی اکسید کربن در محل در مطالعه آنها منتشر شده در تجزیه و تحلیل طبیعت. آنها برای اولین بار از طیف‌سنجی VSFG یا Sum-Frequency Generation به همراه آزمایش‌های الکتروشیمیایی برای کشف یک کاتالیزور (Mn(bpy) (CO)3Br) استفاده کردند که به عنوان یک الکتروکاتالیست کاهش CO2 امیدوارکننده دیده می‌شود. رفتار واسطه های حیاتی که در یک دوره زمانی بسیار کوتاه در چرخه کاتالیزوری واکنش حضور دارند برای اولین بار مشاهده شد. فناوری VSFG امکان پیگیری رفتار و حرکت حتی گونه‌های بسیار کوتاه‌مدت را در یک چرخه کاتالیزوری فراهم می‌کند و بنابراین به ما کمک می‌کند تا نحوه عملکرد الکتروکاتالیست‌ها را درک کنیم. بنابراین، رفتار دقیق نحوه عملکرد الکتروکاتالیست ها در یک واکنش شیمیایی درک می شود.
این مطالعه بینش هایی را در مورد برخی از مسیرهای شیمیایی پیچیده ارائه می دهد و می تواند به ما اجازه دهد طرح های جدیدی برای الکتروکاتالیست ها ایجاد کنیم. محققان در حال حاضر در حال بررسی چگونگی بهبود حساسیت این تکنیک هستند و در حال توسعه یک سیستم تشخیص جدید برای نسبت سیگنال به نویز بهتر هستند. این رویکرد می‌تواند به باز کردن راه‌های کارآمد کمک کند سوخت پاک و پتانسیل بیشتری برای انرژی پاک. چنین فرآیندی در نهایت نیاز به مقیاس صنعتی برای دستیابی به کارایی بیشتر در سطح تجاری دارد. مدیریت حجم زیادی از CO2 تولید شده از کارخانه های سوزاندن سوخت فسیلی به پیشرفت صنعتی نیاز دارد.
***
{شما می‌توانید مقاله پژوهشی اصلی را با کلیک بر روی پیوند DOI که در فهرست منابع ذکر شده در زیر آمده است بخوانید}
منبع (ها)
نری جی و همکاران 2018. تشخیص واسطه های کاتالیزوری در سطح الکترود در طی کاهش دی اکسید کربن توسط یک کاتالیزور فراوان در زمین. تجزیه و تحلیل طبیعت. https://doi.org/10.17638/datacat.liverpool.ac.uk/533
***
