Медные наноструктуры повышают эффективность использования жидкого топлива

Схематическое изображение процесса преобразования, предложенного учеными. (кликните картинку для увеличения)

Схематическое изображение процесса преобразования, предложенного учеными. (кликните картинку для увеличения)

13.04.2014 (13:05)
Просмотров: 1193
Рейтинг: 0.00
Голосов: 0

Теги:
катализатор, этанол, энергия, медь,
Технология >> Нанотехнология






Ваша оценка
-2 -1 0 1 2
Группа ученых из США разработала новый катализатор на основе нанокристаллической меди, обеспечивающий электрохимическое преобразование оксида углерода и воды в этанол с беспрецедентной эффективностью. Как считают сами ученые, их работа может иметь важное значение для разработки методик производства жидкого топлива с помощью возобновляемых источников энергии. До сих пор единственным инструментом производства этанола из углекислого газа требовалось присутствия зеленых растений, но этот процесс ограничивался эффективностью фотосинтеза. Теперь же предложен двухэтапный электрохимический путь синтеза жидкого топлива из углекислоты, который может реализовываться за счет энергии, полученной от любого возобновляемого источника, к примеру, фотоэлектрических элементов или ветровых турбин. На первом шаге действует электрохимическая ячейка, преобразующая CO2 в CO, а на втором – ячейка, обеспечивающая преобразование CO в этанол с использованием окисленной нанокристаллической меди в роли катода.

Хотя на сегодняшний день разработано уже много катализаторов, позволяющих преобразовывать CO2 в CO, идей, как производить этанол из CO в присутствии воды в качестве источника водорода, гораздо меньше. Медь является единственным известным материалом, который может управлять второй стадией преобразования, но до сих пор не было создано на ее основе такого материала, который обеспечил бы преобразование CO и воды в этанол с достаточной эффективностью.

В своей последней работе группа ученых из Stanford University (США) предложила как раз такой катализатор на основе нанокристаллической меди. Предложенный катализатор состоит из непрерывной сети кристаллов нанометрового размера, соединенных неупорядоченными областями (границами зерен кристаллов). До сих пор большая часть исследований нанокатализаторов была ориентирована на исследование металлических наночастиц, но группа ученых установила, что нанокристаллические материалы имеют лучшие каталитические свойства, чем отдельные наночастицы.

Работа является важным шагом вперед с точки зрения разработки систем, которые используют возобновляемые источники энергии для преобразования углекислого газа и воды в жидкое топливо. Подобный «запас», который может производиться при помощи энергии, полученной от фотоэлементов и ветряных турбин, может эффективно сохраняться для последующего использования.

Хотя работа доказала возможность подобного двухступенчатого преобразования, перед тем, как говорить о потенциальном коммерческом применении, ученые планируют улучшить разработанный катализатор. Очевидно, что эффективность преобразования будет определяться, как произведение эффективности используемого альтернативного источника электричества (к примеру, фотогальванического элемента с КПД порядка 20%) и эффективности электрохимической части системы. Пока ячейка далека от оптимизированной, но уже сейчас, благодаря предложенному катализатору, она обеспечивает довольно высокий КПД преобразования «света или ветра в этанол».

Подробные результаты своей работы ученые опубликовали в журнале Nature. В настоящее время ученые заняты дальнейшим изучением структурных свойств оксида, полученного на основе нанокристаллической меди. Кроме того, параллельно готовятся варианты катализатора с различными структурами на границах зерен и атомами легирующей примеси, позволяющими еще больше повысить активность катализатора. В перспективе планируется включение катализаторов в электрохимические ячейки, разработанные для производства большого количества топлива.

Коллеги ученых из других научных групп, не участвовавших в исследованиях, считают, что опубликованные результаты закладывают основу для дальнейшего прогресса. В связи с проблемами прогнозирования цен на ископаемое топливо, допустимые затраты на производство этанола на основе возобновляемых источников энергии пока не ясны. Но, безусловно, такое производство требует эффективных катализаторов.

Нравится


Екатерина Баранова

Также по теме:

Источники:



самое популярное


Rambler's Top100