Hemmeligheden bag vedvarende solbrændstoffer er et off-and-on igen forhold

De siger, at det er bedre at have haft noget særligt og mistet det end aldrig at have haft det overhovedet. Hvem ville have troet, at følelsen gælder for metaloxidkatalysatorer? Ifølge forskere ved Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) og Caltech, kobber, der engang var bundet til oxygen, er bedre til at omdanne kuldioxid til vedvarende brændstoffer end kobber, der aldrig var bundet til oxygen.

Til deres studie, nu offentliggjort i tidsskriftet ACS katalyse , forskerne udførte røntgenspektroskopi på fungerende prototyper af solbrændstofgeneratorer for at demonstrere, at katalysatorer fremstillet af kobberoxid er overlegne i forhold til katalysatorer med rent metallisk oprindelse, når det kommer til at producere ethylen, en to-kulstofgas med et stort udvalg af industrielle anvendelser - selv efter at der ikke er nogen påviselige oxygenatomer tilbage i katalysatoren.

"Mange forskere har vist, at oxid-afledte kobberkatalysatorer er bedre til at fremstille brændstofprodukter fra CO ₂ , imidlertid, der er debat om hvorfor dette sker, " sagde forskningsmedleder Walter Drisdell, en Berkeley Lab-kemiker og medlem af Joint Center for Artificial Photosynthesis (JCAP). JCAP's mission er at udvikle effektive, solcelledrevne teknologier, der kan omdanne atmosfærisk CO ₂ til alternative oliebrændstoffer. Drisdell og hans kolleger siger, at deres opdagelse er et vigtigt fremskridt mod dette mål.

Han forklarede, at under driftsbetingelser for brændstofproduktion - hvilket involverer først at konvertere CO ₂ til kulilte og derefter opbygge kulbrintekæder - den kobberbundne oxygen er naturligt opbrugt i katalysatoren. Imidlertid, nogle forskere mener, at små mængder ilt forbliver i metalstrukturen, og at dette er kilden til den øgede effektivitet.

For at løse debatten, holdet bragte et gaskromatografi (GC) system til røntgenstrålelinjen, så de kunne detektere ethylenproduktion i realtid. "Vores samarbejdspartnere fra Caltech kørte GC hele vejen fra Pasadena og installerede den på røntgenanlægget i Palo Alto, " sagde Soo Hong Lee, en postdoc-forsker ved Berkeley Lab og medforfatter af undersøgelsen. "Med det, vi viste, at der ikke er nogen sammenhæng mellem mængden af ​​oxygen ('oxid') i katalysatoren og mængden af ​​produceret ethylen. Så, vi tror, ​​at oxid-afledte katalysatorer er gode, ikke fordi de har ilt tilbage, mens de reducerer kulilte, men fordi processen med at fjerne ilten skaber en metallisk kobberstruktur, der er bedre til at danne ethylen."

Holdet viste yderligere, at selvom oxid-afledte katalysatorers effektivitet aftager over tid, det kan regelmæssigt 'genaktiveres' ved at tilføje og genudtage ilt under en simpel vedligeholdelsesproces. Deres næste skridt er at designe en brændstofgenererende celle, der kan fungere med røntgenspredningsinstrumenter, giver dem mulighed for direkte at kortlægge katalysatorens skiftende struktur, mens den omdanner carbonmonoxid til ethylen.

Forskerholdet inkluderede også Ian Sullivan og Chengxiang Xiang ved Caltech, og David Larson, Guiji Liu, og Francesca Toma på Berkeley Lab. Dette arbejde blev støttet af US Department of Energy (DOE) Office of Science. JCAP er en DOE Energy Innovation Hub.