نانوصفحات اصلاح شده سطحی احیای فتوکاتالیستی CO ۲ را بهبود می‌بخشد

قرار دادن مکان‌های فعال روی سطح می‌تواند فعالیت فوتوکاتالیستی مواد را بهبود بخشد.

کد خبر: ۱۰۴۰۴۳۲

سه‌شنبه - ۱۰ آبان ۱۴۰۱ / November 01, 2022

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، قرار دادن مکان‌های فعال روی سطح می‌تواند فعالیت فوتوکاتالیستی مواد را بهبود بخشد. با این حال، ایجاد این سایت‌ها بر روی سطوح فتوکاتالیست تخصصی به دلیل عدم آگاهی از رفتار ساختاری در سطح اتمی چالش برانگیز است. در مقاله‌ای که در مجله Angewandte Chemie International Edition منتشر شده است، تنظیم آسان وجوه خاص روی سطح به کمک فراصوت برای بهبود فعالیت فوتوکاتالیست مبتنی بر بیسموت (Bi) تشریح شده است. عیوب وارد شده بر روی سطح، سایت‌های بسیار واکنش‌پذیر در سطح فوتوکاتالیست و انتقال بار را افزایش می‌دهد و در نتیجه آستانه انرژی برای احیا CO ۲ را کاهش می‌دهد.

در طی احیا CO ۲، انرژی الکتریکی دی اکسید کربن را به گونه‌ای فعال‌تر احیا شده، تبدیل می‌کند. احیا CO ۲ با استفاده از یک فوتوکاتالیست مبتنی بر نیمه هادی به‌طور گسترده برای جذب کربن و ایجاد انرژی سبز استفاده می‌شود. با این حال، مولکول‌های CO ۲ انعطاف‌پذیری حرارتی و سطوح فوتوکاتالیست غیرفعال را افزایش داده و آستانه انرژی زیادی برای احیا CO ۲ ایجاد می‌کند.

تغییرات سطحی، مانند عیوب سطح، مولکول‌های منفرد و گروه‌های فعال، می‌توانند انتقال بار و واکنش پذیری را در احیاء CO ۲ فتوکاتالیستی افزایش دهند. این تغییرات در سطح فوتوکاتالیست، مکان‌های واکنش‌پذیر و ساختار هماهنگی آن‌ها را افزایش می‌دهد و فعالیت و کارایی فوتوکاتالیست را برای تبدیل CO ۲ افزایش می‌دهد.

علیرغم این مزایای اصلاح سطح، کنترل چگالی نقص سطح در دما‌های بالا دشوار است، زیرا ممکن است به راحتی نقص به صورت توده‌ای ایجاد شود و به عنوان مرکز همجوشی عمل کند و اثربخشی جداسازی بار را کاهش دهد.

علاوه بر این، اتم‌های اکسیژن تولید شده از مولکول‌های CO ۲ پس از انحلال پیوند‌های C-O می‌توانند فضای خالی سطحی را ترمیم کنند و پایداری و کارایی فوتوکاتالیست را کاهش دهند.

قرار دادن اتم‌های فلزی، به ویژه فلزات نجیب، پرهزینه است و منجر به بی ثباتی فوتوکاتالیست می‌شود. علاوه بر این، پیوند دادن ویژگی‌های ساختاری بر روی فوتوکاتالیست دشوار است، زیرا مولکول‌های آلی اضافه شده اغلب با نور از بین می‌روند و منجر به آلودگی کربن در احیاء CO ۲ می‌شود. در نتیجه، دانش بیشتری برای مدیریت بهتر فرآیند‌ها برای اصلاح سطح قوی و به خوبی تعریف شده و همچنین افزایش راندمان احیاء CO ۲ فوتوکاتالیستی مورد نیاز است.

فراصوت یک رویکرد تولیدی جذاب برای رسیدگی به این مشکلات است، زیرا می‌توان از آن در شرایط محیطی با استفاده از معرف‌ها برای ایجاد کاویتاسیون استفاده کرد. در نتیجه، اعمال فراصوت ممکن است برای تحقق فرآیند‌های احیاء CO ۲ که در دمای اتاق و فشار اتمسفر چالش برانگیز هستند، استفاده شود.

محققان در این مطالعه نانوصفحات مبتنی بر بیسموت اصلاح‌شده سطحی را به‌عنوان فوتوکاتالیست‌های نوآورانه احیاء CO ۲ پیشنهاد کردند. این نانوورقه‌ها از طریق یک فرآیند هیدروترمال کنترل‌شده ایجاد شدند و نانوصفحات برای از بین بردن سورفکتانت‌های آلی تمیز شدند.

اصلاح شیمیایی به کمک فراصوت برای تغییر سطح نانوصفحات مبتنی بر مبتنی بر بیسموت استفاده شد. نانوصفحات مبتنی بر بیسموت اصلاح شده با سطح کارایی احیاء CO ۲ فتوکاتالیستی استثنایی، دوام فوق العاده و تکرارپذیری قابل توجه را در مقایسه با یک فوتوکاتالیست بدون تغییر نشان دادند.