Miljøvenlig katalysator til omdannelse af metan til nyttige gasser ved hjælp af lys i stedet for varme

Metan er til stede i den naturgas, der er rigeligt i jordskorpen, og har fundet mange anvendelser i moderne applikationer, hovedsageligt som et brændende brændstof. Alternativt metan kan omdannes til en nyttig blanding af brint og kulilte, kaldet "syntesegas, "ved reaktion med kuldioxid i det, der kaldes tørreformering af metan (DRM). Denne DRM -reaktion beskrives som" op ad bakke ", fordi det kræver forbrug af ekstern energi; termiske reaktorer skal have en høj temperatur på mere end 800 grader Celsius for effektiv omdannelse. At nå sådanne høje temperaturer kræver afbrænding af andre brændstoffer, resulterer i massive drivhusgasemissioner, som er den største årsag til klimaændringer. Ud over, brugen af ​​høje temperaturer forårsager også deaktivering af almindeligt anvendte katalysatorer på grund af aggregering og kulstoffældning (såkaldt koksdannelse).

I stedet for at håndtere sådanne ulemper ved termiske katalysesystemer til DRM-reaktion, forskere har forsøgt at drive omdannelsen af ​​metan ved dramatisk lavere temperaturer ved hjælp af fotokatalysatorer aktiveret af lys. Selvom forskellige fotokatalysatorlignende materialer er blevet foreslået, det har vist sig udfordrende at opnå acceptabel konverteringsydelse ved lave temperaturer.

Heldigvis, et team af forskere, herunder prof. Mashiro Miyauchi, identificeret en lovende kombination af materialer, der kan fungere som en effektiv fotokatalysator for methanomdannelse til syntesegas. Mere specifikt, forskerne fandt, at strontiumtitanat kombineret med rhodiumnanopartikler omdannede metan og kuldioxid til syntesegas under lysbestråling ved meget lavere temperaturer end dem, der kræves i termiske reaktorer.

Forskerne fastslog, at den foreslåede fotokatalysator ikke kun var meget mere stabil end tidligere testede katalysatorer, men at det også undgik andre problemer, såsom aggregering (klumpning) og koksning ("sodning") af katalysatorpartiklerne. Mest vigtigt, som udtalt af prof. Miyauchi, "Den foreslåede fotokatalysator gjorde det muligt for os at overgå begrænsningerne for termiske katalysatorer langt, giver høj ydeevne til produktion af syntetisk gas."

Forskerne belyste også de fysiske mekanismer, hvorved den foreslåede fotokatalysator fører til en øget omdannelse af metan. Denne indsigt er især vigtig på grund af de konsekvenser, den har for andre typer metanreaktioner. Det nuværende system kræver ultraviolet (UV) lysbestråling, som kun er en lille del af sollyset. Imidlertid, "Denne undersøgelse giver en strategisk måde at udføre op ad bakke reaktioner ved hjælp af metan og skaber en forbindelse mellem fossilindustrien og vedvarende energiapplikationer. Nu udvikler vi det synligt-lysfølsomme system." afslutter prof. Miyauchi. Disse resultater vil forhåbentlig føre til mere miljøvenlig udvikling og hjælpe med at reducere CO2 -emissioner i fremtiden.

Undersøgelsen er publiceret i Naturkatalyse .