Система искусственного фотосинтеза производит этилен с высочайшей эффективностью

Чтобы использовать CO₂ для создания экологичного топлива, нужно соединить атомы углерода в цепочки.

Система искусственного фотосинтеза из Мичиганского университета связывает два атома углерода в углеводороды лучше других систем. Она производит этилен — углеводород, который обычно используют в производстве пластмасс. Поэтому систему можно применять для сбора углекислого газа, который иначе попал бы в атмосферу при производстве пластмасс.

Зетиан Ми, профессор электротехники и вычислительной техники Мичиганского университета и автор исследования, утверждает, что эффективность преобразования углекислого газа в этилен с помощью солнечной энергии или света в 5-6 раз выше обычных показателей.

Результаты опубликованы в журнале Nature Synthesis.

Этилен — самое производимое органическое соединение в мире. Обычно его получают из нефти и газа, что приводит к выбросу углекислого газа (CO₂).

Цель — соединить длинные цепочки атомов углерода и водорода, чтобы получить жидкое топливо. Для этого нужно удалить кислород из CO₂ как источника углерода и водород из воды (H₂O).

Устройство поглощает свет через полупроводники: лес нанопроводов из нитрида галлия и кремниевую основу. Реакция превращения воды и углекислого газа в этилен происходит на медных кластерах, которые усеивают нанопроволоки.

Нанопроволоки из нитрида галлия погружают в воду, насыщенную углекислым газом. Затем их освещают светом, подобным солнечному в полдень.

В результате реакции образуется водород, который идёт на реакцию этилена, и кислород, превращающий нитрид галлия в оксид нитрида галлия.

Медь удерживает водород и преобразует углерод из углекислого газа в угарный газ. При наличии водорода и энергии света две молекулы угарного газа соединяются с водородом. Реакция завершается на границе раздела меди и оксида нитрида галлия: два атома кислорода заменяются тремя атомами водорода.

Команда обнаружила, что 61% свободных электронов в полупроводниках участвовали в реакции получения этилена под воздействием света.

Катализатор на основе серебра и меди был примерно на 50% эффективен, но работал только в жидкости на основе углерода и всего несколько часов до разрушения. В отличие от него, устройство команды из Мичигана проработало без замедления 116 часов, а общий срок службы таких устройств составил 3 000 часов.

Это связано с тем, что нитрид галлия помогает расщеплять воду. Добавление кислорода улучшает работу катализатора и обеспечивает самовосстановление. Долговечность устройства ещё изучается.

Устройство производило этилен со скоростью, более чем в четыре раза превышающей скорость ближайших конкурентов.

В будущем мы хотим производить и другие многоуглеродные соединения, такие как пропанол или жидкие продукты, — говорит Бингсинг Чжан, помощник научного сотрудника Университета штата Массачусетс по электротехнике и вычислительной технике и первый автор статьи.

Конечная цель Ми — создать устойчивое жидкое топливо для транспорта.

17.09.2024


Подписаться в Telegram



Энергия

От лаборатории к реальности: как кристаллы времени заряжают мир
От лаборатории к реальности: как кристаллы времени заряжают мир

Мир хранения энергии меняется благодаря кванто...

Квантовый секрет растений: как природа превращает свет в энергию
Квантовый секрет растений: как природа превращает свет в энергию

Превращение солнечной энергии в химическу...

Аккумуляторная революция: Франция строит завод мечты для электрокаров
Аккумуляторная революция: Франция строит завод мечты для электрокаров

Европейская комиссия дала зеленый свет огромно...

1066 секунд: Китай приблизился к созданию неисчерпаемого источника энергии
1066 секунд: Китай приблизился к созданию неисчерпаемого источника энергии

Стремление Китая использовать энергию звезд до...

Термоядерный прорыв: SMART добыл первую плазму
Термоядерный прорыв: SMART добыл первую плазму

Токамак SMART успешно произвел первую плазму, ...

В ТПУ добавили отходы в пеллеты и снизили выбросы CO2 на 20%
В ТПУ добавили отходы в пеллеты и снизили выбросы CO2 на 20%

Ученые Томского политехнического университета ...

Тепло шахтных вод: Великобритания приближается к чистой энергии
Тепло шахтных вод: Великобритания приближается к чистой энергии

Живая лаборатория по использованию тепла ...

JES: Разработан революционный материал для литий-ионных батарей
JES: Разработан революционный материал для литий-ионных батарей

Глобальная гонка за увеличение срока служ...

AM&I: Пористые электроды из оксида кремния — прорыв в хранении энергии
AM&I: Пористые электроды из оксида кремния — прорыв в хранении энергии

Батареи стали неотъемлемым компонентом совреме...

AC: Разработаны безопасные и стабильные батареи на основе цинка
AC: Разработаны безопасные и стабильные батареи на основе цинка

Перезаряжаемые литий-ионные батареи питают все...

В МИСИС разработали термоэлектрик для зеленой энергетики
В МИСИС разработали термоэлектрик для зеленой энергетики

Новый метод производства материалов, которые м...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

От лаборатории к реальности: как кристаллы времени заряжают мир
От лаборатории к реальности: как кристаллы времени заряжают мир
Ферменты против похмелья: как новый сенсор изменит медицину и не только
Ферменты против похмелья: как новый сенсор изменит медицину и не только
Сок под микроскопом: ученые научились ловить опасный гербицид за 20 минут
Сок под микроскопом: ученые научились ловить опасный гербицид за 20 минут
Молодые ученые против COVID-19 и хронических ран: как открытия изменят медицину
Молодые ученые против COVID-19 и хронических ран: как открытия изменят медицину
От Nokia к микросхемам: как Тампере снова сделает Финляндию великой
От Nokia к микросхемам: как Тампере снова сделает Финляндию великой
Энергия будущего: низкотемпературная плазма и ее невероятные возможности
Энергия будущего: низкотемпературная плазма и ее невероятные возможности
Питомниковый кашель больше не проблема: появились быстрые тесты для собак
Питомниковый кашель больше не проблема: появились быстрые тесты для собак
10 секунд до чистоты: история устройства, которое изменило дезинфекцию
10 секунд до чистоты: история устройства, которое изменило дезинфекцию
Сорняк-разрушитель или лекарство будущего: ученые открыли секрет рейнутрии
Сорняк-разрушитель или лекарство будущего: ученые открыли секрет рейнутрии
CARMA II — автономный робот, который делает ядерные объекты безопаснее
CARMA II — автономный робот, который делает ядерные объекты безопаснее
От идеи до Росатома: история успеха проекта RSP
От идеи до Росатома: история успеха проекта RSP
Витамины для коров и быки весом в тонну: прорыв от СПбГУВМ
Витамины для коров и быки весом в тонну: прорыв от СПбГУВМ
Ибогаин 2.0: ученые создают новое поколение лекарств от депрессии и зависимости
Ибогаин 2.0: ученые создают новое поколение лекарств от депрессии и зависимости
Ученые выяснили, что больше влияет на цену на жилье — вид из окна или площадь
Ученые выяснили, что больше влияет на цену на жилье — вид из окна или площадь
Небо в опасности: космический мусор угрожает авиации
Небо в опасности: космический мусор угрожает авиации

Новости компаний, релизы

Школьников и студентов Хабаровского края приглашают написать всероссийский диктант «Наука во имя Победы»
Три представительницы Республики Татарстан стали победителями Всероссийского конкурса Знание.Лектор
Калужан приглашают к участию в XIII сезоне Международного инженерного чемпионата CASE-IN
В Калуге обсудили меры поддержки молодых учёных региона
Молодых и заслуженных ученых наградили в Хабаровске