At lukke kulstofkredsløbet for at stoppe klimaforandringerne

En for stor mængde kuldioxid er hovedårsagen til klimaændringer. En af de bedste metoder er at opfange og omdanne kuldioxid (CO ₂ ) til brændstof såsom metan. På den anden side, en bæredygtig måde at løse energiproblemet på er at generere alternativ energikilde, imidlertid, udfordringer i forbindelse med lagring af vedvarende elektricitet forhindrer udviklingen af ​​disse teknologier. Dermed, CO ₂ omdannelse til metan ved brug af vedvarende brint har det store potentiale til at give en løsning på disse to problemer med overdreven CO2 ₂ niveauer, og det tidsmæssige misforhold mellem produktion af vedvarende elektricitet og efterspørgsel, samt brintlagring.

Bedst kendte katalysatorer for CO ₂ metanering er understøttede nanopartikler af metaller. Imidlertid, de fleste af dem lider af spørgsmålet om stabilitet såvel som selektivitet over for metan over CO. Den bedste måde at løse problemet med katalysatorstabilitet på er ved at erstatte aktive steder (metalnanopartikler) med metalfrie aktive steder, som er katalytiske såvel som stabile. selv i et luftmiljø ved høje temperaturer.

I dette arbejde, forskere ved TIFR har udviklet den magnesiotermiske defekttekniske protokol til at designe et nyt katalysatorsystem, hvor metal nanopartiklers aktive steder blev erstattet med defekter som katalytisk aktive steder.

Dette er den første 'metalfri-ligand-fri' katalysator for CO ₂ konvertering. Defekterne i nanosilica omdanner CO ₂ til metan med fremragende produktivitet og selektivitet. Desuden, metal nanopartikler var ikke påkrævet, og defekte steder alene fungerede som katalytiske steder for kuldioxidaktivering og hydrogendissociation, og deres samarbejdsaktion omdannede CO ₂ til metan.

Katalysatoren er genanvendelig og stabil i mere end 200 timer med 10000 μmol g ^-1 h ^-1 af produktiviteten for metan. Især i modsætning til dyre metalkatalysatorer, den katalytiske aktivitet for metanproduktion steg betydeligt efter hver regenereringscyklus, nå mere end det dobbelte af metanproduktionshastigheden efter otte regenereringscyklusser sammenlignet med den oprindelige katalysatorydelse.

Spektroskopiundersøgelserne gav atomistisk indsigt i de forskellige defektsteder (Si radikale centre, O-ledig stilling, og ikke-brodannende ilthulcentre) med hensyn til deres koncentrationer, nærhed, og samarbejdsvilje. In-situ spektroskopi undersøgelse gav mekanistisk indsigt på et molekylært niveau, angiver mulige veje for CO ₂ omdannelse til metan og kulilte, hvilket yderligere blev bekræftet af beregningsundersøgelse i samarbejde med prof. Ayan Datta fra Indian Association of Cultivation Science (IACS), Kolkata.