Kul-och-stick modell av koldioxid. Kredit:Wikipedia
Forskare från North Carolina State University har avsevärt ökat effektiviteten hos två tekniker, för att klyva vatten för att skapa vätgas och att klyva koldioxid (CO 2 ) för att skapa kolmonoxid (CO). Produkterna är värdefulla råvaror för ren energi och kemisk tillverkning.
Vattenuppdelningsprocessen omvandlar framgångsrikt 90 procent av vattnet till vätgas, medan CO 2 -splittringsprocessen omvandlar mer än 98 procent av CO 2 till CO. Dessutom processen använder också det resulterande syret för att omvandla metan till syngas, som i sig är ett råmaterial som används för att tillverka bränslen och andra produkter.
"Dessa framsteg görs möjliga av material som vi specifikt designat för att ha de önskade termodynamiska egenskaperna för varje process, " säger Fanxing Li, en docent i kemisk och biomolekylär teknik vid NC State som är motsvarande författare till två artiklar om arbetet. "Dessa egenskaper hade inte rapporterats tidigare om du inte använde sällsynta jordartsmetaller."
För CO 2 - splittringsprocess, forskare utvecklade en nanokomposit av strontiumferrit dispergerad i en kemiskt inert matris av kalciumoxid eller manganoxid. Som CO 2 körs över en packad bädd av partiklar som består av nanokompositen, nanokompositmaterialet delar upp CO 2 och fångar en av syreatomerna. Detta minskar CO 2 , lämnar bara CO bakom sig.
"Föregående CO 2 omvandlingstekniker har inte varit särskilt effektiva, omvandlar långt under 90 procent av CO 2 till CO, " säger Li. "Vi nådde konverteringsfrekvenser så höga som 99 procent.
"Och CO är värdefullt eftersom det kan användas för att tillverka en mängd olika kemiska produkter, inklusive allt från polymerer till ättiksyra, " säger Li.
Under tiden, syret som fångas under CO 2 -klyvningsprocessen kombineras med metan och omvandlas till syngas med hjälp av solenergi.
För vattenklyvningsprocessen, forskare skapade järndopade bariummanganoxidpartiklar. Förutom skillnaden i material, processen är anmärkningsvärt lik. När vatten - i form av ånga - rinnes över en bädd av partiklar, den järndopade bariummanganoxiden delar vattenmolekylerna och fångar upp syreatomerna. Detta lämnar efter sig ren vätgas.
"Vår konvertering här är 90 procent, som är mycket fördelaktigt jämfört med andra tekniker - som ofta ligger i intervallet 10-20 procent, " säger Vasudev Haribal, en Ph.D. student vid NC State och huvudförfattare till artikeln om vattenklyvningsarbetet.
Syret som fångas upp under vattenuppdelningsprocessen används för att göra syngas, med samma teknik som används i CO 2 - splittringsprocess.
"Vi tror att båda dessa material och processer representerar betydande steg framåt, " säger Li. "De använder relativt billiga material för att effektivt utvinna värdefull råvara från resurser som antingen är lättillgängliga (i fallet med vatten) eller faktiskt är växthusgaser (i fall av CO) 2 och metan).
"Vi arbetar nu med att utveckla material som är ännu effektivare, ", säger Li. "Och vi är öppna för att arbeta med externa grupper som är intresserade av att skala upp dessa processer för tillverkning."
Kompaniet 2 - dela papper, "Perovskite Nanocomposites som effektiv CO 2 - Dela upp medel i ett cykliskt redoxschema, " publiceras i tidskriften Vetenskapens framsteg . Huvudförfattare till tidningen är Junshe Zhang, en tidigare postdoktor vid NC State som nu är vid Xi'an Jiaotong University. Tidningen var medförfattare av Haribal. Arbetet gjordes med stöd från National Science Foundation, under anslag CBET-1254351 och CBET-1510900, och Kenan Institute vid NC State.
Det vattenklyvande papperet, "Järndopad BaMnO3 för hybridvattenklyvning och syngasgenerering, " publiceras i tidskriften ChemSusChem . Tidningen var medförfattare av Feng He, en före detta Ph.D. student vid NC State, och Amit Mishra, en Ph.D. student vid NC State. Arbetet utfördes med stöd från NSF, under anslag CBET-1254351, och Kenan Institute vid NC State.
