Brug af en selektiv lysabsorber til at bygge et fototermisk katalysesystem

Forskere ved Hebei University i Kina og Hakkaido University i Japan har for nylig brugt en selektiv lysabsorber til at konstruere et fototermisk system, der kan generere temperaturer op til 288 ° C under svag solbestråling (1 kW m ^-2 ). Dette system, præsenteret i Naturkommunikation , opnået en temperatur tre gange højere end den, der genereres af traditionelle fototermale katalysesystemer.

"Vores oprindelige mål var at opnå udendørs sollys-drevet fototermisk katalyse, men den termiske energikvalitet af solvarmekonvertering er for lav, dvs. temperaturen er for lav til at blive anvendt, "Yaguang Li, en af ​​forskerne, der gennemførte undersøgelsen, fortalte Phys.org. "Derfor, vi sætter forskningsretningen i at forbedre temperaturen på fototermiske materialer under bestråling af omgivende sollys. "

I øjeblikket, solcelleoptagelseskapaciteten for fototermiske materialer nærmer sig sin grænse. Ud over, omgivende sollys-drevet CO ₂ metanering er umulig at realisere, da temperaturer opnået ved eksisterende fototermiske systemer typisk er lavere end 80 ° C ved bestråling, med meget solenergi spredt. For at løse dette problem, Li og hans kolleger satte sig for at reducere varmefordelingen af ​​fototermiske materialer for at opnå større koncentration af varmeenergi inde i dem og følgelig øge deres temperaturer.

Da de diskuterede deres idé med andre forskere på området, de indså, at termisk stråling er en afgørende faktor for varmeafledning i fototermiske materialer. Imidlertid, da den termiske stråling af alle fototermiske materialer svarer til sortlegemsstråling, deres termiske stråling kan ikke reduceres.

"Vi lagde mærke til begrebet selektiv lysabsorbering, hvilket er et klassisk koncept, første gang foreslået af Cabot i 1940'erne, "Li sagde." I 1955, Shaffer et al., offentliggjorde den grundlæggende teori og design af selektive lysabsorberingsbelægninger. Derefter, denne selektive lysabsorber begyndte at blive masseproduceret, anvendes på solvarmere og andre marker. Imidlertid, ingen har introduceret dette koncept i fototermisk katalyse, så vi besluttede at gøre dette. Vi fandt ud af, at dette frembragte en magisk effekt - fototermisk katalyse blev realiseret bare ved udendørs sollysstråling. "

I deres eksperimenter, forskerne brugte en simpel industriel selektiv lysabsorber til at konstruere en fototermisk katalytisk reaktor. Dette enkle instrument muliggør anvendelse af fototermisk katalyse fra stærk lysbestråling til svag lysbestråling. Med andre ord, dette instrument udvider betydeligt omfanget af mulige anvendelser til fototermisk katalyse.

Li og hans kolleger brugte lysabsorberen til at skabe et fototermisk system, der kan generere bemærkelsesværdigt høje temperaturer. De syntetiserede også ultratynd amorf Y ₂ O ₃ nanosheets med begrænsede enkelte nikkelatomer (SA Ni/Y ₂ O ₃ ) og fandt ud af, at de udviste betydelig CO ₂ metaniseringsaktivitet. Ved hjælp af den selektive lysabsorber, de var i stand til at opnå en CO ₂ konverteringseffektivitet på 80% og en CH ₄ produktionshastighed på 7,5 Lm ^-2 h ^-1 under bestråling af omgivende sollys.

"I dette arbejde, vi brugte faktisk kun klassiske teorier og modne faktoriserede produkter, "Li forklarede." Jeg tror, ​​at denne undersøgelses største betydning for den nuværende videnskab er, at den tilskynder forskere til at udvide deres horisont og forbedre kommunikationen med industrien. Jeg føler, at det kan føre til enorme fremskridt i videnskabelige anvendelser."

I fremtiden, systemet foreslået af Li og hans kolleger kunne have interessante applikationer, for eksempel at tjene som en platform til direkte at udnytte dispergeret solenergi og effektivt omdanne CO ₂ til værdifulde kemikalier. Forskerne planlægger nu at forbedre den fototermiske reaktor, der blev brugt i deres undersøgelse, yderligere udvikle nye katalysatorer, der kan være mere egnede til fototermisk katalyse og fremme industrialiseringen af ​​deres foreslåede system.

© 2019 Science X Network