Forskere realiserer brintdannelse ved kontaktelektrificering af vanddråber og dens regulering

Direkte udnyttelse af vand som en kilde til brintatomer og molekyler er fundamental for udviklingen af ​​økosystemet og industrien. Flydende vand er imidlertid en ugunstig elektrondonor til dannelse af disse brinttyper på grund af dets redox-inerthed.

En forskergruppe ledet af prof. Wang Feng og Assoc. Prof. Jia Xiuquan fra Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) ved det kinesiske videnskabsakademi (CAS) har i samarbejde med prof. Richard N. Zares gruppe fra Stanford University realiseret brintdannelse ved kontaktelektrificering ved olie-vand mikrodråber grænseflader og dens regulering. Undersøgelsen er offentliggjort i Journal of the American Chemical Society .

Vandmikrodråber har vist sig at have et højt elektrisk felt ved grænsefladen mellem mikrodråber, hvilket er tilstrækkeligt til at ionisere OH ^- at producere frie elektroner spontant. Efterfølgende ladningsoverførsel kan føre til en række essentielle hydrogeneringsreaktioner.

I denne undersøgelse fandt forskerne markant ladningsadskillelse mellem olie-vand mikrodråber af forskellig størrelse gennem forstøvning. Sammenlignet med mikrodråber af rent vand blev ladningsseparationen af ​​olieholdige vandige mikrodråber forbedret på grund af den oliemedierede ekstraktion af elektroner fra sprøjtede mikrodråber, hvilket fremmer dannelsen af ​​hydrogenarter. Brintdannelsen blev foreslået at fortsætte ved kontaktelektrificering og ladningsneutralisering ved olie-vand mikrodråbegrænseflader.

Denne mekanisme blev verificeret ved at tilføje overfladeaktive stoffer for at forstyrre vand-olie-grænsefladerne, hvilket undertrykte både ladningsseparation og hydrogenudviklingsaktivitet.

Derudover fandt forskerne ud af, at den reduktive brintart yderligere kunne føre til en in-situ CO₂ hydrogeneringsprocessen køres ved normal temperatur til selektiv CO-dannelse ved brug af vand som brintkilde.

Store mængder vandressourcer er udsat for forurening forårsaget af olieudslip, olieholdigt spildevandsudledning osv. Traditionel spildevandsbehandlingsteknologi resulterer altid i betydelige kulstofemissioner. Denne undersøgelse viste, at det er muligt at realisere upcycling af olieholdigt spildevand ved at sprøjte en olie-vand-emulsion for at generere H₂ fra vand, som kunne omdanne den olieholdige spildevandsbehandlingsproces til en levedygtig kulstofbindingsvej.

Flere oplysninger: Xuke Chen et al., Sprayed Oil-Water Microdroplets as a Hydrogen Source, Journal of the American Chemical Society (2024). DOI:10.1021/jacs.4c01455

Journaloplysninger: Tidsskrift for American Chemical Society

Leveret af Chinese Academy of Sciences