Teknologi tenaga surya baru mengubah gas rumah kaca menjadi bahan bakar yang berharga

Fotokatalis inovatif, Rh/InGaN1-xOx, yang menggunakan energi matahari untuk mengubah gas rumah kaca menjadi bahan kimia yang berharga, mewakili lompatan besar dalam produksi bahan kimia berkelanjutan. Struktur nano ini terdiri dari nanopartikel rhodium pada kawat nano indium galium nitrida, meningkatkan efisiensi reformasi metana kering menggunakan karbon dioksida. Kredit: SciTechDaily.com

Fotokatalis baru yang dikembangkan oleh Universitas Shanghai Jiao Tong menawarkan cara yang ramah lingkungan dan efisien untuk mengubah gas rumah kaca menjadi bahan kimia menggunakan energi matahari, yang menunjukkan kemajuan besar dalam produksi bahan kimia berkelanjutan.

Fotokatalis baru, disebut Rh/InGaN_1-SHai_S, adalah struktur nano yang terdiri dari nanopartikel rhodium yang diimobilisasi pada kawat nano indium galium nitrida termodifikasi oksigen yang ditanam pada substrat silikon. Di bawah penerangan matahari terkonsentrasi, material komposit ini menunjukkan kinerja luar biasa untuk reformasi kering metana (DRM) dengan karbon dioksida₂mencapai laju evolusi gas sintetik sebesar 180,9 mmol g_kucing^-1 H^-1 Dengan selektivitas 96,3%. Hal ini menunjukkan kemajuan yang signifikan dibandingkan sistem katalitik konvensional, yang seringkali memerlukan masukan energi tinggi dan mengalami penonaktifan yang cepat.

“Pekerjaan kami mewakili langkah maju yang besar dalam mengatasi tantangan ganda yaitu emisi gas rumah kaca dan produksi energi berkelanjutan,” kata Profesor Baoyin Zhou, peneliti utama dari Universitas Shanghai Jiao Tong. “Dengan memanfaatkan kekuatan energi matahari dan rekayasa nano yang dirancang secara rasional, kami telah menunjukkan cara yang ramah lingkungan dan efisien untuk mengubah gas buang menjadi sumber daya kimia yang berharga.”

t/engan_1-SHai_S Kawat nano telah dieksplorasi untuk reformasi metana kering dengan karbon dioksida menuju syngas (CH₄ + perusahaan₂ + Cahaya = 2CO + 2H₂). Disarankan bahwa penggantian sebagian N dalam InGaN dengan O dapat secara signifikan meningkatkan aktivitas dan stabilitas katalis di bawah penerangan cahaya tanpa pemanasan tambahan. Kredit: China Science Press

Efek sinergis dan wawasan mekanistik

Para peneliti mengaitkan kinerja luar biasa fotokatalis mereka dengan efek sinergis yang timbul dari kombinasi kawat nano InGaN fotoaktif, permukaan yang dimodifikasi oksigen, dan nanopartikel rhodium yang aktif secara katalitik. Studi mekanistik mengungkapkan bahwa atom oksigen yang tergabung memainkan peran penting dalam peningkatan CO2₂ Aktivasi, fasilitasi pembentukan karbon dioksida, dan penekanan penonaktifan katalis dengan pengendapan kokas.

Hasil penelitian ini, yang diterbitkan dalam jurnal bergengsi Science Bulletin, membuka jalan bagi pengembangan sistem fotokatalitik canggih untuk produksi bahan bakar dan bahan kimia berkelanjutan dari sumber daya terbarukan. Tim yakin pendekatan mereka dapat diperluas ke reaksi kimia penting lainnya, sehingga memberikan peluang baru untuk menghijaukan industri kimia.

“Kami sangat antusias dengan prospek teknologi ini,” kata Profesor Baoyin Zhou. “Dengan lebih mengoptimalkan desain katalis dan konfigurasi reaktor, kami bertujuan untuk meningkatkan proses dan menunjukkan kelayakannya untuk aplikasi praktis.”

Referensi: “Struktur nano Rh/InGaN1−xOx untuk reformasi metana berbasis foto dengan CO2 menuju syngas” oleh Yixin Li, Jinglin Li, Tianqi Yu, Liang Qiu, Syed M. Najeeb Hassan, Lin Yao, Hu Pan, Shams Al-Irfan, Sherif. Muhammad Sadaf, Li Zhou, dan Baoyin Zhou, 12 Februari 2024, Buletin Sains.
doi: 10.1016/j.scib.2024.02.020