TMDC Nanoflakes tạo nên loại pin mặt trời quang hợp mới

- Feb 18, 2017 -

Tungsten diselenide nanoflakes có thể được sử dụng để chuyển hoá carbon dioxide thành carbon monoxide trong dung dịch ion. Đây là phát hiện mới của các nhà nghiên cứu thuộc trường đại học Illinois ở Chicago với thiết bị "quang hợp" hoạt động chỉ sử dụng ánh sáng mặt trời. Loại pin mặt trời mới có thể được sử dụng để loại bỏ carbon từ khí quyển và tạo ra nhiên liệu cùng một lúc.


Về nguyên tắc, về mặt hóa học, việc giảm CO 2 có thể là một cách hay để tái chế khí nhà kính trở lại nhiên liệu. Tuy nhiên, chất xúc tác hiện tại cho phản ứng này chỉ là quá không hiệu quả.

Một nhóm do Amin Salehi-Khojin dẫn đầu   như bây giờ đã kiểm tra hiệu quả của một lớp 2D vật liệu được gọi là chuyển tiếp kim loại dichalcogenides (TMDCs) như chất xúc tác cho phản ứng này. Các nhà nghiên cứu kết hợp các vật liệu với một chất lỏng ion như một chất điện phân bên trong một tế bào điện hóa điện hai cực, ba cực điện.

Tungsten diselenide làm cho lá nhân tạo

Họ phát hiện ra rằng vonfram diselenide là chất tốt nhất, và ở dạng nanoflake, tốt hơn các chất xúc tác số lượng lớn (làm bằng bạc) bằng một yếu tố 60. Nó cũng ít nhất gấp đôi so với các hợp chất nanoflake khác được phân tích trong nghiên cứu. Nó cũng rẻ hơn 20 lần so với một chất xúc tác bạc.

Nhóm nghiên cứu sau đó đã sử dụng chất xúc tác của nó để tạo ra một lá nhân tạo gồm hai tế bào quang điện nối liền ba chân silic 18 cm2 để thu được ánh sáng. Chất xúc tác diselenide vonfram và dung dịch ion lỏng tạo thành cực âm trong tế bào, còn oxit coban trong chất điện phân kali photphat tạo thành cực dương.

Bắt chước quá trình quang hợp

"Lá nhân tạo này mô phỏng quá trình quang hợp," Salehi-Khojin giải thích. "Trong một lá thực, CO 2 được chuyển thành đường, nhưng trong lá của chúng tôi nó được biến thành khí tổng hợp" Syngas, hoặc khí tổng hợp, là một hỗn hợp khí hydro và carbon monoxide và nó có thể được đốt trực tiếp trong các tuabin khí và khí tổng hợp Động cơ hoặc chuyển thành diesel hoặc các nhiên liệu hydrocacbon mật độ cao khác như naptha. Salehi-Khojin nói rằng ông và các đồng nghiệp của ông cũng có thể làm cho chất xúc tác của họ trực tiếp sản xuất đường hoặc các hydrocarbon khác.

Các nhà nghiên cứu đã đo hoạt tính xúc tác trên mỗi vị trí hoạt động trên lá nhân tạo của chúng khi nó được phơi ra với ánh sáng 100 W / cm2. Đây là về cường độ trung bình của ánh sáng mặt trời lên bề mặt trái đất. Syngas được sản xuất ở cực âm và các ôxy và ion hydro tự do được tạo ra ở cực dương. Các ion hydro khuếch tán qua một màng đến phía cực âm để tham gia phản ứng giảm CO 2 .

Trang trại năng lượng mặt trời

Salehi-Khojin nói với nanotechweb.org rằng phản ứng này tốt hơn 1000 lần so với các hạt nano bạc và gấp 60 lần so với công trình trước đây của chúng tôi đối với disulphua molybdenum số lượng lớn. "Hơn nữa, hiệu quả chuyển đổi năng lượng mặt trời cho nhiên liệu cho hệ thống là 4,6%, tăng 2,5% so với các hệ thống trước đây."

Các lá giả như vậy có thể được sử dụng để làm các trang trại năng lượng mặt trời bên cạnh các nhà máy điện hóa học để chuyển CO 2 từ dòng khí xả sang nhiên liệu sử dụng năng lượng từ mặt trời. "Theo cách này, chúng ta không chỉ có thể khắc phục CO2 mà còn lưu trữ năng lượng của Mặt trời dưới dạng các liên kết hoá học, đây là cách hiệu quả nhất để lưu trữ năng lượng này."

Nhóm nghiên cứu của Illinois, báo cáo công việc của mình trong Science DOI: 10.1126 / science.aaf4767 , hiện nay họ hy vọng sẽ mở rộng hệ thống của mình trong sự hợp tác với ngành công nghiệp và đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế tạm thời.


Một cặp:Conductive mực và Dán kinh doanh: Mọi thứ đang thay đổi Tiếp theo:Các nhà khoa học tại trường cao đẳng W.Va. hiện tại phát hiện từ kinh tế, dự án nghiên cứu tác động cộng đồng