Blockdit Logo (Mobile)
Science Potential
•
18 เม.ย. 2020 เวลา 06:07 • วิทยาศาสตร์ & เทคโนโลยี
นักวิจัยค้นพบตัวเร่งที่มีประสิทธิภาพในการดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์มาเปลี่ยนเป็นเชื้อเพลิง เพื่อนำไปใช้เป็นพลังงานทดแทน
ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น มีชื่อว่า "CO2 Reduction Reaction" หรือ "CO2RR" ซึ่งเป็นปฏิกิริยาที่มีความท้าทายอย่างมากในการเปลี่ยนก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ให้กลายเป็นสารตัวกลางอะไรก็ได้ที่สามารถที่จะนำไปสังเคราะห์เป็นสารประกอบที่เป็นเชื้อเพลิง โดยอาศัยไฟฟ้าในการทำให้เกิดปฏิกิริยา สิ่งที่เป็นความท้าทายก็คือตัวเร่งปฏิกิริยาที่จะมาทำให้ปฏิกิริยานี้สามารถเกิดได้อย่างมีประสิทธิภาพ
จากงานวิจัยก่อนหน้านี้ ได้มีการสร้างตัวเร่งปฏิกิริยาสามารถเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์(CO2) เป็นคาร์บอนมอนออกไซด์(CO) ซึ่งจากการทดลองนี้ใช้แคดเมียมซัลไฟด์(CdS2) เป็นตัวเร่ง
พบว่าสามารถเปลี่ยน CO2 เป็น CO ได้ด้วยประสิทธิภาพถึง 95.5% มีกระแสไฟฟ้า 212 มิลลิแอมป์ต่อตารางเซนติเมตร และศักย์ไฟฟ้า -1.2 โวลล์ ซึ่งถือว่าเป็นการยกระดับแนวคิดของปฏิกิริยา CO2RR ให้มีประสิทธิภาพมากขึ้น แต่ถึงกระนั้น ตัวเร่งที่ใช้นั้นต้องการโลหะที่หายาก ราคาสูง และการสังเคราะห์ขึ้นมาต้องใช้พลังงานมาก
ล่าสุด ทีมวิจัยจากประเทศจีน ได้มีการค้นพบว่าถ้าหากใช้คิวปรัสออกไซด์(Cu2O) เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาจะทำให้สามารถเปลี่ยน CO2 เป็นเชื้อเพลิง C2+(เชื้อเพลิงที่มีคาร์บอนตั้งแต่ 2 อะตอมขึ้นไปในโมเลกุล)
โดยปฏิกิริยานี้มีประสิทธิภาพมากกว่า 75% มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้น 267 มิลลิแอมป์ต่อตารางเซนติเมตร กระแสที่เกิดขึ้นนี้เนื่องจากปฏิกิริยานี้เป็นปฏิกิริยาที่มีการถ่ายโอนอิเล็กตรอน ซึ่งในตัวเร่ง Cu2O สถานะออกซิเดชั่น(ความหมายคล้ายๆกับประจุ) ของคอปเปอร์(Cu) คือ +1 หมายความว่าอยู่ในสภาวะขาดอิเล็กตรอน ซึ่งสามารถที่จะรับอิเล็กตรอนแล้วกลายเป็น Cu(0) หรือว่าโลหะทองแดง ดังนั้นทางทีมวิจัยจึงได้ออกแบบให้มีหลุมขนาดนาโนเพื่อรองรับเชื้อเพลิงที่เกิดขึ้น และพบว่าสามารถทำให้ตัวเร่งคงสภาพอยู่ได้
ภาพการเปรียบเทียบรูปแบบของหลุมนาโนกับปริมาณผลิตภัณฑ์ที่ได้โดยสีฝั่งโทนแดงคือมีผลิตภัณฑ์มาก ซึ่งจะสังเกตุว่าแบบ h จะเกิดเชื้อเพลิงที่มีคาร์บอน 2 อะตอม มากที่สุด
งานวิจัยนี้แสดงให้เห็นว่าปฏิกิริยานี้ ขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพของตัวเร่งที่ใช้เป็นอย่างมาก การใช้ Cu2O นั้นทำให้ได้ผลิตภัณฑ์เป็นเชื้อเพลิงหลายคาร์บอน นอกจากนี้ยังเป็นตัวเร่งที่ไม่ได้ราคาสูงมาก ดังนั้นในอนาคตเราอาจจะอาศัยปฏิกิริยานี้ในการลดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ แล้วเปลี่ยนมาเป็นเชื้อเพลิงที่สามารถนำไปใช้เป็นพลังงานทดแทนได้อีก
เรียบเรียง : JameCTP | SCI CHEMISTRY
- Reference :
Peng-Peng Yang et al, Protecting Copper Oxidation State via Intermediate Confinement for Selective CO2 Electroreduction to C2+ Fuels, Journal of the American Chemical Society (2020).
DOI: 10.1021/jacs.0c01699
โฆษณา