Solcelledrevet CO₂-udnyttelse i al slags vejr opnået ved at efterligne naturlig fotosyntese

I en undersøgelse offentliggjort i National Science Review , har forskere fra Institute of Earth Environment ved det kinesiske videnskabsakademi (CAS) sammen med samarbejdspartnere brugt ladningslagringsmekanismen for wolfram-baserede nanomaterialer til kuldioxid i al slags vejr (CO₂ ) konvertering.

Udviklingen af ​​CO₂ konverteringsteknologi til værdifulde produkter er en stor mulighed for en koordineret udvikling af Kinas økonomi og økologiske miljø, som er en typisk negentropi-proces, der kræver et betydeligt energitilførsel. Men afhængigheden af ​​den solcelledrevne CO₂ konverteringsproces på belysning af sollys er en begrænsende faktor for dens implementering i den virkelige verden, givet den periodiske tilgængelighed af solindstråling om natten og på overskyede eller regnfulde dage.

Derudover er der et misforhold mellem tilgængeligheden af ​​solenergi og behovet for dens anvendelse, påvirket af variationer i dagslystimer og meteorologiske forhold. Derfor er udviklingen af ​​en strategi, der afkobler CO₂ reduktion fra begrænsningerne for tilgængelighed af solenergi er afgørende for at opnå kontinuerlig CO₂ i al slags vejr konvertering.

I denne undersøgelse udviklede forskerne et nyt modelmateriale, Pt-loaded hexagonal wolfram trioxide (Pt/h-WO₃ ), for at afkoble lys og mørke reaktionsprocesser ved at efterligne naturlig fotosyntese.

De unikke egenskaber for WO₃ bærer, inklusive dens evne til at skifte mellem valenstilstande (W ⁶⁺ /W ⁵⁺ ) og dets tunnelstrukturer, kombineret med Pts evne til at spalte vand og overføre brintatomer til h-WO₃ overflade, er nøglen til at opnå afkobling af lys- og mørkereaktioner for CO₂ konvertering.

Når den blev udsat for simuleret sollys i 10 minutter, demonstrerede katalysatoren sin evne til at opretholde omdannelsen af ​​CO₂ til metan (CH₄ ) selv i mørke, hvilket markerer det første tilfælde af et enkelt materiale, der opnår uafbrudt CO₂ konvertering under alle forhold.

Med udgangspunkt i dette materiales egenskaber konstruerede forskerne også et udendørs testanlæg og udførte en 15-dages kontinuerlig naturligt lystest. Dataene indsamlet fra det udendørs testanlæg viste, at CO₂ reduktionsprocessen kunne fortsætte om natten og i regnfulde perioder, hvilket viser vellykket CO₂ i al slags vejr konvertering ved hjælp af en vedvarende tilgang.

Denne forskningstilgang har potentialet til at overvinde kritiske teknologiske flaskehalse ved opnåelse af kontinuerlig solenergi-CO₂ udnyttelse.

Flere oplysninger: Xianjin Shi et al., Bæredygtig CO2-udnyttelse i al slags vejr ved at efterligne naturlig fotosyntese i et enkelt materiale, National Science Review (2023). DOI:10.1093/nsr/nwad275

Leveret af Chinese Academy of Sciences