แหล่งภาพถ่าย: แม็กซ์พิกเซล. (ซีซี0)

นักเคมีได้ออกแบบโมเลกุลที่ใช้แสงหรือไฟฟ้าเพื่อแปลงคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นคาร์บอนมอนอกไซด์ ซึ่งเป็นแหล่งเชื้อเพลิงที่มีคาร์บอนเป็นกลาง มีประสิทธิภาพมากกว่าวิธีการ "ลดคาร์บอน" แบบอื่นๆ

"ถ้าคุณสามารถสร้างโมเลกุลที่มีประสิทธิภาพเพียงพอสำหรับปฏิกิริยานี้ มันจะผลิตพลังงานที่เป็นอิสระและสามารถจัดเก็บได้ในรูปของเชื้อเพลิง" หัวหน้าการศึกษา Liang-shi Li รองศาสตราจารย์ภาควิชาเคมีของ Indiana University Bloomington กล่าว “การศึกษานี้เป็นการก้าวกระโดดครั้งใหญ่ในทิศทางนั้น”

การเผาไหม้เชื้อเพลิง เช่น คาร์บอนมอนอกไซด์ ทำให้เกิดคาร์บอนไดออกไซด์และปล่อยพลังงาน การเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์กลับเป็นเชื้อเพลิงต้องใช้พลังงานในปริมาณที่เท่ากันเป็นอย่างน้อย เป้าหมายหลักในหมู่นักวิทยาศาสตร์คือการลดพลังงานส่วนเกินที่จำเป็น

นี่คือสิ่งที่โมเลกุลของ Li ประสบความสำเร็จ นั่นคือต้องใช้พลังงานน้อยที่สุดที่รายงานมาเพื่อขับเคลื่อนการก่อตัวของคาร์บอนมอนอกไซด์ โมเลกุล—สารเชิงซ้อนของนาโนกราฟีน-รีเนียมที่เชื่อมต่อผ่านสารประกอบอินทรีย์ที่เรียกว่าไบไพริดีน—กระตุ้นปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพสูงซึ่งเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์เป็นคาร์บอนมอนอกไซด์

ความสามารถในการสร้างคาร์บอนมอนอกไซด์อย่างมีประสิทธิภาพและเฉพาะตัวนั้นมีความสำคัญเนื่องจากความเก่งกาจของโมเลกุล

“คาร์บอนมอนอกไซด์เป็นวัตถุดิบที่สำคัญในกระบวนการทางอุตสาหกรรมจำนวนมาก” หลี่กล่าว “มันยังเป็นวิธีกักเก็บพลังงานเป็นเชื้อเพลิงที่มีคาร์บอนเป็นกลาง เนื่องจากคุณไม่ได้นำคาร์บอนกลับคืนสู่ชั้นบรรยากาศมากกว่าที่คุณกำจัดออกไปแล้ว คุณเพียงแค่ปล่อยพลังงานแสงอาทิตย์ที่คุณใช้สร้างมันขึ้นมาใหม่”

เคล็ดลับของประสิทธิภาพของโมเลกุลคือนาโนกราฟีน ซึ่งเป็นกราไฟต์ขนาดนาโนเมตร ซึ่งเป็นคาร์บอนรูปแบบทั่วไป (เช่น "ตะกั่ว" สีดำในดินสอ) เนื่องจากสีเข้มของวัสดุดูดซับแสงแดดในปริมาณมาก

Li กล่าวว่าสารประกอบเชิงซ้อนของโลหะไบไพริดีนได้รับการศึกษามานานแล้วว่าเพื่อลดคาร์บอนไดออกไซด์เป็นคาร์บอนมอนอกไซด์ด้วยแสงแดด แต่โมเลกุลเหล่านี้สามารถใช้แสงเพียงเสี้ยวเล็กๆ ในแสงแดด ส่วนใหญ่อยู่ในช่วงอัลตราไวโอเลต ซึ่งไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า ในทางตรงกันข้าม โมเลกุลใช้ประโยชน์จากพลังดูดซับแสงของนาโนกราฟีนเพื่อสร้างปฏิกิริยาที่ใช้แสงแดดในช่วงความยาวคลื่นสูงถึง 600 นาโนเมตร ซึ่งเป็นส่วนใหญ่ของสเปกตรัมแสงที่มองเห็นได้

โดยพื้นฐานแล้ว Li กล่าวว่าโมเลกุลทำหน้าที่เป็นระบบสองส่วน: "ตัวสะสมพลังงาน" นาโนกราฟีนที่ดูดซับพลังงานจากแสงแดดและ "เครื่องยนต์" อะตอมรีเนียมที่ผลิตคาร์บอนมอนอกไซด์ ตัวสะสมพลังงานจะขับอิเล็กตรอนไหลไปสู่อะตอมรีเนียม ซึ่งจะจับและเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์ที่เสถียรตามปกติไปเป็นคาร์บอนมอนอกไซด์

แนวคิดในการเชื่อมโยงนาโนกราฟีนกับโลหะเกิดขึ้นจากความพยายามก่อนหน้านี้ของหลี่ในการสร้างเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นด้วยวัสดุที่เป็นคาร์บอน "เราถามตัวเองว่า: เราสามารถตัดเซลล์สุริยะออกจากชายกลางและใช้คุณภาพนาโนกราฟที่ดูดซับแสงเพียงอย่างเดียวเพื่อขับเคลื่อนปฏิกิริยาได้หรือไม่" เขาพูดว่า.

ต่อไป Li วางแผนที่จะทำให้โมเลกุลมีประสิทธิภาพมากขึ้น รวมถึงการทำให้มันอยู่ได้นานขึ้นและอยู่รอดได้ในรูปแบบที่ไม่ใช่ของเหลว เนื่องจากตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นของแข็งนั้นง่ายต่อการใช้งานในโลกแห่งความเป็นจริง เขายังทำงานเพื่อแทนที่อะตอมรีเนียมในโมเลกุล ซึ่งเป็นธาตุหายากด้วยแมงกานีส ซึ่งเป็นโลหะทั่วไปที่มีราคาไม่แพง

สำนักงานรองอธิการบดีฝ่ายวิจัยของมหาวิทยาลัยอินเดียน่าและมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติสนับสนุนการวิจัย ซึ่งปรากฏใน วารสารของสมาคมเคมีอเมริกัน.

ที่มา: มหาวิทยาลัยอินดีแอนา

หนังสือที่เกี่ยวข้อง

at ตลาดภายในและอเมซอน