Direkt användning av vatten som en källa till väteatomer och molekyler är grundläggande för utvecklingen av ekosystemet och industrin. Men flytande vatten är en ogynnsam elektrondonator för att bilda dessa vätearter på grund av dess redoxinerthet.
En forskargrupp ledd av prof. Wang Feng och Assoc. Prof. Jia Xiuquan från Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) vid den kinesiska vetenskapsakademin (CAS), i samarbete med Prof. Richard N. Zares grupp från Stanford University, har realiserat vätebildning genom kontaktelektrifiering vid olje-vatten-mikrodroppar gränssnitt och dess reglering. Studien publiceras i Journal of the American Chemical Society .
Vattenmikrodroppar har visat sig ha ett högt elektriskt fält vid gränssnittet mellan mikrodroppar, vilket är tillräckligt för att jonisera OH - att producera fria elektroner spontant. Efterföljande laddningsöverföring kan leda till en mängd väsentliga hydreringsreaktioner.
I denna studie fann forskarna markant laddningsseparation mellan olje-vattenmikrodroppar av olika storlekar genom finfördelning. Jämfört med mikrodroppar av rent vatten, förbättrades laddningsseparationen av oljiga vattenhaltiga mikrodroppar på grund av den oljemedierade extraktionen av elektroner från besprutade mikrodroppar, vilket främjade genereringen av vätearter. Vätebildningen föreslogs att fortgå genom kontaktelektrifiering och laddningsneutralisering vid gränssnitt mellan olja och vatten mikrodroppar.
Denna mekanism verifierades genom att tillsätta ytaktiva ämnen för att störa gränsytan mellan vatten och olja, vilket undertryckte både laddningsseparation och väteutvecklingsaktivitet.
Dessutom fann forskarna att de reduktiva vätetyperna ytterligare kunde leda till en in-situ CO2 hydreringsprocessen körs vid normal temperatur för selektiv CO-bildning med vatten som vätekälla.
Stora mängder vattenresurser utsätts för föroreningar orsakade av oljeutsläpp, utsläpp av oljigt avloppsvatten etc. Traditionell avloppsreningsteknik resulterar alltid i betydande koldioxidutsläpp. Denna studie indikerade att det är möjligt att realisera återvinningen av oljehaltigt avloppsvatten genom att spruta en olje-vattenemulsion för att generera H2 från vatten, vilket skulle kunna omvandla reningsprocessen för oljigt avloppsvatten till en livskraftig kolbindningsväg.
Mer information: Xuke Chen et al, Sprayed Oil-Water Microdroplets as a Hydrogen Source, Journal of the American Chemical Society (2024). DOI:10.1021/jacs.4c01455
Journalinformation: Tidskrift för American Chemical Society
Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences
