Forscher haben einen neuartigen Photokatalysator namens Rh/InGaN1-xOx entwickelt, bei dem es sich um eine Nanoarchitektur handelt, die aus Rhodium-Nanopartikeln besteht, die auf sauerstoffmodifizierten Indium-Galliumnitrid-Nanodrähten verankert sind, die auf Siliziumsubstraten gewachsen sind.
Unter konzentrierter Sonneneinstrahlung zeigt dieses Verbundmaterial eine bemerkenswerte Leistung bei der Trockenreformierung von Methan (DRM) mit CO2 und erreicht eine Synthesegasentwicklungsrate von 180,9 mmol gcat-1 h-1 mit einer Selektivität von 96,3 %. Dies stellt eine deutliche Verbesserung gegenüber herkömmlichen katalytischen Systemen dar, die oft einen hohen Energieaufwand erfordern und unter einer schnellen Desaktivierung leiden.
„Unsere Arbeit stellt einen großen Fortschritt bei der Bewältigung der doppelten Herausforderungen der Treibhausgasemissionen und der nachhaltigen Energieerzeugung dar“, sagte Prof. Baowen Zhou, der leitende Forscher der Shanghai Jiao Tong University. „Durch die Nutzung der Kraft der Solarenergie und einer rational gestalteten Nanoarchitektur haben wir einen umweltfreundlichen und effizienten Weg zur Umwandlung von Abgasen in wertvolle chemische Ressourcen aufgezeigt.“
Die Forscher führen die außergewöhnliche Leistung ihres Photokatalysators auf die synergistischen Effekte zurück, die sich aus der Integration der photoaktiven InGaN-Nanodrähte, der sauerstoffmodifizierten Oberfläche und der katalytisch aktiven Rhodium-Nanopartikel ergeben. Mechanistische Studien ergaben, dass die eingebauten Sauerstoffatome eine entscheidende Rolle bei der Förderung der CO2-Aktivierung, der Erleichterung der CO-Erzeugung und der Unterdrückung der Katalysatordesaktivierung durch Verkokungsablagerung spielen.
Die Ergebnisse dieser Forschung, veröffentlicht In Wissenschaftsbulletinebnen den Weg für die Entwicklung fortschrittlicher photokatalytischer Systeme für die nachhaltige Produktion von Kraftstoffen und Chemikalien aus erneuerbaren Ressourcen. Das Team ist davon überzeugt, dass sein Ansatz auf andere wichtige chemische Reaktionen ausgeweitet werden kann, was neue Möglichkeiten für die Ökologisierung der chemischen Industrie bietet.
„Wir sind begeistert von den Aussichten dieser Technologie“, sagte Prof. Baowen Zhou. „Durch die weitere Optimierung des Katalysatordesigns und der Reaktorkonfiguration wollen wir den Prozess skalieren und seine Machbarkeit für praktische Anwendungen demonstrieren.“
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Yixin Li et al., Rh/InGaN1-O-Nanoarchitektur für die lichtgesteuerte Methanreformierung mit Kohlendioxid zu Synthesegas, Wissenschaftsbulletin (2024). DOI: 10.1016/j.scib.2024.02.020