Исследователи в Брукхевенской Национальной лаборатории американского Министерства энергетики (DOE) – часть научного сотрудничества, которое выяснило новый электрокатализатор, что действенно преобразовывает CO2 в угарный газ (CO), весьма энергичную молекулу. Их результаты были изданы 1 февраля в энергии & Науке об окружающей среде.«Имеется большое количество способов применять CO», сообщил Илий Ставицкий, ученый из Брукхевена и создатель на бумаге. «Вы имеете возможность реагировать он с водой, дабы произвести богатый энергией водородный газ, либо с водородом, дабы произвести нужные химикаты, такие как углеводороды либо alcohols. В случае если был стабильный, прибыльный маршрут, дабы преобразовать CO2 к CO, это было бы общество взаимопомощи существенно».
Ученые продолжительно искали метод преобразовать CO2 в CO, но классические электрокатализаторы не смогут действенно начать реакцию. Исходя из этого соперничающая реакция, названная водородной реакцией эволюции (HER) либо «разделением воды», имеет приоритет по конверсионной реакции CO2.
Пара драгоценных металлов, таких как платина и золото, смогут избежать ЕЕ и преобразовать CO2 в CO; но, эти металлы довольно редкие и через чур дорогие, дабы являться прибыльными катализаторами. Так, дабы преобразовать CO2 в CO рентабельным методом, ученые применяли совсем новую форму катализатора. Вместо добропорядочных железных наночастиц они применяли единственные атомы никеля.«Металл никеля, оптом, редко отбирался как многообещающий кандидат на преобразование CO2 к CO», сообщил Хэотиэн Ван, Товарищ Роулэнда в Гарвардском университете и соответствующий создатель на бумаге. «Одна обстоятельство пребывает в том, что это делает ЕЕ отлично и снижает селективность сокращения CO2 значительно.
Вторая обстоятельство пребывает в том, по причине того, что ее поверхность возможно легко отравлена молекулами CO, в случае если кто-либо произведен».Единственные атомы никеля, но, приводят к разному результату.«Единственные атомы предпочитают создавать CO, вместо того, дабы делать борьбу ЕЕ, по причине того, что поверхность оптового металла весьма отличается от отдельных атомов», сообщил Ставицкий.Клаус Аттенкофер, кроме этого Брукхевенский соавтор и учёный на бумаге, сказал, «У поверхности металла имеется один энергетический потенциал – это однородно.
Принимая к сведенью, что на единственном атоме, у каждого места на поверхности имеется второй вид энергии».В дополнение к неповторимым энергичным особенностям единственных атомов реакция беседы CO2 была облегчена сотрудничеством атомов никеля с окружающим страницей графена. Постановка на якорь атомов к графену разрешила ученым настроить катализатор и подавить ЕЕ.Чтобы получить более близкий взор на отдельные атомы никеля в атомарно узком графеновом странице, ученые применяли просмотр микроскопии электрона передачи (STEM) в Центре Брукхевена Функциональных Наноматериалов (CFN), Офисе САМКИ Научного Пользовательского Средства.
Просматривая электронное изучение по примеру, ученые смогли визуализировать дискретные атомы никеля на графене.«Отечественный современный просвечивающий электронный микроскоп – неповторимый инструмент, дабы видеть очень маленькие изюминки, такие как единственные атомы», сообщил Соойеон Хван, ученый из CFN и соавтор на бумаге.
«Единственные атомы в большинстве случаев нестабильны и имеют тенденцию соединяться на помощи», добавил Дун Су, кроме этого ученый CFN и соавтор на бумаге. «Но мы нашли, что отдельные атомы никеля были распределены однородно, что составлял отличное исполнение конверсионной реакции».Дабы проанализировать химическую сложность материала, ученые применяли beamline с 8 ID в Национальном Источнике света Синхротрона II (NSLS-II) – кроме этого Офис САМКИ Научного Пользовательского Средства на Brookhaven Lab. Ультраяркий свет рентгена в NSLS-II разрешил ученым «видеть» подробный вид внутренней структуры материала.«Фотоны либо частицы света, взаимодействуют с электронами в атомах никеля, дабы сделать две вещи», сообщил Ставицкий. «Они отправляют электроны в более высокие энергетические страны и, нанося на карту те энергетические страны, мы можем осознать химическое состояние и электронную конфигурацию материала.
Потому, что мы увеличиваем энергию фотонов, они пинают электроны от атомов и взаимодействуют с соседними элементами». В сущности это предоставило ученым изображение местной структуры атомов никеля.На базе данных исследований в Гарварде, NSLS-II, CFN и дополнительных учреждениях, ученые поняли, что единственные атомы никеля катализировали конверсионную реакцию CO2 с большой из 97-процентной эффективности. Ученые говорят, что это – основной ход к переработке CO2 для химикатов и применимой энергии.
«Дабы применить эту разработку к настоящим применениям в будущем, мы на данный момент нацеливаемся на производство этого единственного катализатора атома недорогим и широкомасштабным методом, улучшая его работу и поддерживая его эффективность», сообщил Ван.