व्यापक रूपमा वितरित माटो खनिज, α-आइरन-(III) अक्सिहाइड्रोक्साइड, कार्बन डाइअक्साइडलाई फर्मिक एसिडमा फोटोरिडक्सनको लागि पुन: प्रयोग गर्न मिल्ने उत्प्रेरक पाइयो। क्रेडिट: प्रो. काजुहिको माएडा
वायुमण्डलमा बढ्दो CO2 स्तरसँग लड्न CO2 को फोटोरिडक्सन फर्मिक एसिड (HCOOH) जस्ता ढुवानीयोग्य इन्धनमा एक राम्रो तरिका हो। यस कार्यमा मद्दत गर्न, टोकियो इन्स्टिच्युट अफ टेक्नोलोजीको अनुसन्धान टोलीले सजिलै उपलब्ध फलाममा आधारित खनिज छनोट गर्‍यो र यसलाई एल्युमिना सपोर्टमा लोड गर्‍यो ताकि CO2 लाई कुशलतापूर्वक HCOOH मा रूपान्तरण गर्न सक्ने उत्प्रेरक विकास गर्न सकियोस्, लगभग ९०% चयनशीलता!
धेरै मानिसहरूका लागि विद्युतीय सवारी साधनहरू आकर्षक विकल्प हुन्, र यसको प्रमुख कारण भनेको तिनीहरूमा कार्बन उत्सर्जन हुँदैन। यद्यपि, धेरैका लागि एउटा ठूलो नकारात्मक पक्ष भनेको तिनीहरूको दायराको अभाव र लामो चार्जिङ समय हो। यहाँ पेट्रोल जस्ता तरल इन्धनको ठूलो फाइदा छ। तिनीहरूको उच्च ऊर्जा घनत्वको अर्थ लामो दायरा र द्रुत इन्धन भर्ने हो।
पेट्रोल वा डिजेलबाट फरक तरल इन्धनमा स्विच गर्नाले कार्बन उत्सर्जनलाई हटाउन सकिन्छ र तरल इन्धनको फाइदालाई कायम राख्न सकिन्छ। उदाहरणका लागि, इन्धन सेलमा, फर्मिक एसिडले पानी र कार्बन डाइअक्साइड छोड्दा इन्जिनलाई शक्ति दिन सक्छ। यद्यपि, यदि वायुमण्डलीय CO2 लाई HCOOH मा घटाएर फर्मिक एसिड उत्पादन गरिन्छ भने, केवल शुद्ध उत्पादन पानी हो।
हाम्रो वायुमण्डलमा कार्बन डाइअक्साइडको बढ्दो स्तर र विश्वव्यापी तापक्रम वृद्धिमा यसको योगदान अब सामान्य समाचार बनेको छ। अनुसन्धानकर्ताहरूले समस्याको समाधानका लागि विभिन्न दृष्टिकोणहरू प्रयोग गर्दै जाँदा, एउटा प्रभावकारी समाधान निस्कियो - वायुमण्डलमा रहेको अतिरिक्त कार्बन डाइअक्साइडलाई ऊर्जा-समृद्ध रसायनहरूमा परिणत गर्ने।
सूर्यको प्रकाशमा CO2 को फोटोरिडक्सनद्वारा फर्मिक एसिड (HCOOH) जस्ता इन्धनको उत्पादनले हालै धेरै ध्यान आकर्षित गरेको छ किनभने यो प्रक्रियाको दोहोरो फाइदा छ: यसले अतिरिक्त CO2 उत्सर्जन घटाउँछ र हामीले हाल सामना गरिरहेको ऊर्जाको अभावलाई पनि कम गर्न मद्दत गर्दछ। उच्च ऊर्जा घनत्वको साथ हाइड्रोजनको लागि उत्कृष्ट वाहकको रूपमा, HCOOH ले दहन मार्फत ऊर्जा प्रदान गर्न सक्छ जबकि उप-उत्पादनको रूपमा पानी मात्र छोड्छ।
यो आकर्षक समाधानलाई वास्तविकतामा परिणत गर्न, वैज्ञानिकहरूले सूर्यको प्रकाशको मद्दतले कार्बन डाइअक्साइड घटाउने फोटोक्याटालिटिक प्रणालीहरू विकास गरेका छन्। यस प्रणालीमा प्रकाश-अवशोषक सब्सट्रेट (अर्थात्, फोटोसेन्सिटाइजर) र एक उत्प्रेरक हुन्छ जसले CO2 लाई HCOOH मा घटाउन आवश्यक बहु इलेक्ट्रोन स्थानान्तरण सक्षम बनाउँछ। र यसरी उपयुक्त र कुशल उत्प्रेरकहरूको खोजी गर्न थालियो!
सामान्यतया प्रयोग हुने यौगिक इन्फोग्राफिक्स प्रयोग गरेर कार्बन डाइअक्साइडको फोटोक्याटलिटिक न्यूनीकरण। क्रेडिट: प्रोफेसर काजुहिको माएदा
तिनीहरूको दक्षता र सम्भावित पुन: प्रयोगयोग्यताको कारण, ठोस उत्प्रेरकहरूलाई यस कार्यको लागि उत्तम उम्मेदवार मानिन्छ, र वर्षौंको दौडान, धेरै कोबाल्ट, म्यांगनीज, निकल र फलाम-आधारित धातु-जैविक फ्रेमवर्क (MOFs) को उत्प्रेरक क्षमताहरूको अन्वेषण गरिएको छ, जसमध्ये पछिल्लोमा अन्य धातुहरू भन्दा केही फाइदाहरू छन्। यद्यपि, अहिलेसम्म रिपोर्ट गरिएका धेरैजसो फलाम-आधारित उत्प्रेरकहरूले मुख्य उत्पादनको रूपमा कार्बन मोनोअक्साइड मात्र उत्पादन गर्छन्, HCOOH होइन।
यद्यपि, यो समस्या टोकियो इन्स्टिच्युट अफ टेक्नोलोजी (टोकियो टेक) का अनुसन्धानकर्ताहरूको टोलीले प्रोफेसर काजुहिको माएदाको नेतृत्वमा समाधान गरेको थियो। रासायनिक जर्नल एन्जेवान्ड्टे चेमीमा प्रकाशित हालैको अध्ययनमा, टोलीले α-आयरन(III) अक्सिहाइड्रोक्साइड (α-FeO​OH; जियोथाइट) प्रयोग गरेर एल्युमिना (Al2O3)-समर्थित फलाम-आधारित उत्प्रेरक प्रदर्शन गर्‍यो। उपन्यास α-FeO​OH/Al2O3 उत्प्रेरकले उत्कृष्ट CO2 देखि HCOOH रूपान्तरण प्रदर्शन र उत्कृष्ट पुनर्चक्रण क्षमता प्रदर्शन गर्दछ। उत्प्रेरकको छनौटको बारेमा सोध्दा, प्रोफेसर माएदाले भने: "हामी CO2 फोटोरिडक्सन प्रणालीहरूमा उत्प्रेरकको रूपमा थप प्रचुर मात्रामा तत्वहरू अन्वेषण गर्न चाहन्छौं। हामीलाई सक्रिय, पुन: प्रयोग गर्न मिल्ने, गैर-विषाक्त र सस्तो ठोस उत्प्रेरक चाहिन्छ। त्यसैले हामीले हाम्रा प्रयोगहरूको लागि गोइथाइट जस्ता व्यापक रूपमा वितरित माटो खनिजहरू छनौट गर्यौं।"
टोलीले आफ्नो उत्प्रेरकलाई संश्लेषण गर्न एक साधारण गर्भाधान विधि प्रयोग गर्‍यो। त्यसपछि तिनीहरूले रूथेनियम-आधारित (Ru) फोटोसेन्सिटाइजर, इलेक्ट्रोन दाता, र ४०० न्यानोमिटर भन्दा बढी तरंगदैर्ध्य भएको दृश्य प्रकाशको उपस्थितिमा कोठाको तापक्रममा CO2 लाई फोटोक्याटलिटिक रूपमा कम गर्न फलाम-समर्थित Al2O3 सामग्रीहरू प्रयोग गरे।
परिणामहरू धेरै उत्साहजनक छन्। मुख्य उत्पादन HCOOH को लागि तिनीहरूको प्रणालीको चयनशीलता ८०-९०% थियो जसको क्वान्टम उपज ४.३% थियो (प्रणालीको दक्षतालाई संकेत गर्दछ)।
यो अध्ययनले आफ्नो किसिमको पहिलो फलाममा आधारित ठोस उत्प्रेरक प्रस्तुत गर्दछ जसले कुशल फोटोसेन्सिटाइजरसँग जोड्दा HCOOH उत्पन्न गर्न सक्छ। यसले उचित समर्थन सामग्री (Al2O3) को महत्त्व र फोटोकेमिकल रिडक्सन प्रतिक्रियामा यसको प्रभावको बारेमा पनि छलफल गर्दछ।
"यस अनुसन्धानबाट प्राप्त अन्तर्दृष्टिले कार्बन डाइअक्साइडलाई अन्य उपयोगी रसायनहरूमा फोटोरिडक्सनको लागि नयाँ नोबल धातु-मुक्त उत्प्रेरकहरू विकास गर्न मद्दत गर्न सक्छ।" हाम्रो अनुसन्धानले देखाउँछ कि हरित ऊर्जा अर्थतन्त्रको बाटो जटिल छैन। सरल उत्प्रेरक तयारी विधिहरूले पनि उत्कृष्ट परिणामहरू दिन सक्छ, र यो सबैलाई थाहा छ कि पृथ्वीमा प्रचुर मात्रामा यौगिकहरू, यदि एल्युमिना जस्ता यौगिकहरूद्वारा समर्थित छन् भने, CO2 घटाउनको लागि छनौट उत्प्रेरकको रूपमा प्रयोग गर्न सकिन्छ," प्रो. माएडा निष्कर्षमा पुग्छन्।
सन्दर्भहरू: "दृश्य प्रकाश अन्तर्गत CO2 फोटो रिडक्शनको लागि पुन: प्रयोग गर्न मिल्ने ठोस उत्प्रेरकको रूपमा एल्युमिना-समर्थित अल्फा-आइरन (III) ओक्सीहाइड्रोक्साइड" Daehyeon An, Dr. Shunta Nishioka, Dr. Shuhei Yasuda, Dr Tomoki Kanazawa, Dr. Yoshinobu Kamakura, Pro. Yoshinobu Kamakura, Pro. Yoshinobu Kamakura, Pro. नोजावा, प्रो. काजुहिको माइदा, १२ मे २०२२, एन्गेवान्डते केमी.डीओआई: १०.१००२ / एनी.२०२२०४९४८
"त्यहाँ पेट्रोल जस्ता तरल इन्धनको ठूलो फाइदा हुन्छ। तिनीहरूको उच्च ऊर्जा घनत्वको अर्थ लामो दूरी र छिटो इन्धन भर्ने क्षमता हो।"
केही संख्याहरू कस्तो छ? फर्मिक एसिडको ऊर्जा घनत्व पेट्रोलसँग कसरी तुलना गरिन्छ? रासायनिक सूत्रमा केवल एउटा कार्बन परमाणु भएकोले, मलाई शंका छ कि यो पेट्रोलको नजिक पनि आउँछ।
यसको अतिरिक्त, गन्ध धेरै विषाक्त छ र, एसिडको रूपमा, यो पेट्रोल भन्दा बढी संक्षारक छ। यी समाधान गर्न नसकिने इन्जिनियरिङ समस्याहरू होइनन्, तर जबसम्म फर्मिक एसिडले दायरा बढाउन र ब्याट्री इन्धन भर्ने समय घटाउन महत्त्वपूर्ण फाइदाहरू प्रदान गर्दैन, यो सम्भवतः प्रयासको लायक छैन।
यदि तिनीहरूले माटोबाट गोइथाइट निकाल्ने योजना बनाएका थिए भने, यो ऊर्जा-गहन खानी सञ्चालन हुनेछ र सम्भावित रूपमा वातावरणलाई हानिकारक हुनेछ।
उनीहरूले माटोमा धेरै गोइथाइट रहेको उल्लेख गर्न सक्छन् किनकि मलाई शंका छ कि आवश्यक कच्चा पदार्थहरू प्राप्त गर्न र गोइथाइट संश्लेषण गर्न प्रतिक्रिया दिन थप ऊर्जा चाहिन्छ।
प्रक्रियाको सम्पूर्ण जीवनचक्र हेर्नु र सबै कुराको ऊर्जा लागत गणना गर्नु आवश्यक छ। नासाले नि:शुल्क प्रक्षेपण जस्तो कुनै चीज फेला पारेन। अरूले यो कुरा मनमा राख्नु आवश्यक छ।
SciTechDaily: १९९८ पछिका उत्कृष्ट प्राविधिक समाचारहरूको घर। इमेल वा सामाजिक सञ्जाल मार्फत नवीनतम प्राविधिक समाचारहरूसँग अद्यावधिक रहनुहोस्।
धेरैजसो मानिसहरूलाई बार्बेक्युको धुवाँदार र मादक स्वादको बारेमा सोच्दा पनि र्‍याल निस्कन सक्छ। गर्मी आयो, र धेरैका लागि...