Name: CO2 Photoreduction zu CH4 Performance Under Concentrating Solar Light (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-06-12T12:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 8 s
Description: Erfahren Sie die Photokatalyse zur CO₂-Reduktion zu CH₄ unter konzentriertem Sonnenlicht. Diese Methode steigert Reaktionsraten und Effizienz in der künstlichen Photosynthese erheblich.

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Diese Arbeit wird von der Natural Science Foundation of China (Nr. 21506194, 21676255) unterstützt.

Achtung: Bitte beachten Sie alle relevanten Material Safety Data Sheets (MSDS) vor dem Betrieb. Mehrere Chemikalien sind entzündlich und stark korrosiv. Konzentriertes Licht kann zu schädlichen Lichtintensitäten und Temperaturanstiegen führen. Bitte verwenden Sie alle geeigneten Sicherheitsvorrichtungen wie persönliche Schutzausrüstung (Schutzbrille, Handschuhe, Labormäntel, Hosen, etc.).
1. Katalysatorvorbereitung
<ol><li>
Vorbereitung von TiO2 durch Eloxierung Hinweis: Die Anodisierung verwendet Metallfolien und eine Pt-Folie als zwei Gegenelektroden. Die beiden Elektroden werden in den Elektrolyten eingesetzt. Mit Strom werden die Metallfolien an der Anodenstelle oxidiert.<ol>
<li>0,3 g NH4F und 2 ml H2 O in 100 ml Glykol in einem 200-ml-Becher mit einem Rührer zum Elektrolyten auflösen. Legen Sie den Becher mit dem Elektrolyt in ein 45 °C Wasserbad.</li>
		<li>Die Ti-Folie (50 x 250 mm Größe) mit einer Schere auf 25 x 25 mm zu schneiden.</li>
		<li>Polieren Sie die Ti-Folienoberfläche mit einem 7.000-Mesh-Schleifpapier, um die Oberflächenunreinheiten zu entfernen.</li>
		<li>Untertauchen Sie die Ti-Folie in einen Volume-Kolben mit 15 ml Ethanol, dann einen Kolben mit 15 ml Aceton, dann behandeln Sie es für 15 min mit einem Ultraschallreiniger. Nehmen Sie die Ti-Folie heraus, spülen Sie sie 3 - 5x mit entionisiertem Wasser ab und legen Sie sie in einen Volumetkolben mit 20 ml Ethanol.</li>
		<li>10 ml H2O, 5 ml HNO3,3 ml H2 O2, 1 ml 18% gew./NH2CO und 1 ml 18% Wt.4 F in ein 100-ml-Becherglas auflösen, um eine Polierlösung zu bilden.</li>
		<li>Die Ti-Folie aus dem Ethanolkolben herausnehmen, 3x mit entionisiertem Wasser abspülen und in die Polierlösung für 2 - 3 min geben. Entfernen Sie die Ti-Folie und waschen Sie sie 3x mit entionisiertem Wasser.</li>
		<li>Verwenden Sie einen Anoden-Alligatorclip, um die vorbehandelte Ti-Folie und einen weiteren Clip für eine Pt-Folie (25 x 25 mm) zu halten. Legen Sie die beiden Folien von Angesicht zu Angesicht in den Elektrolyt in einem Abstand von 2 cm voneinander. Schalten Sie die stabilisierte Stromquelle (DC) ein, stimmen Sie die Spannung auf 50 V ab und schalten Sie 30 min Elektrolyse ein.</li>
		<li>Nachdem die Eloxierung beendet ist, schließen Sie die Stromversorgung und nehmen Sie die TiO 2-Folie</li>
		<li>Untertauchen Sie die Ti-Folie in einen Volume-Kolben mit 15 ml Ethanol, dann einen Kolben mit 15 ml Aceton, dann behandeln Sie es für 15 min mit einem Ultraschallreiniger. Nehmen Sie die Ti-Folie heraus, spülen Sie sie 3 - 5x mit entionisiertem Wasser ab und legen Sie sie in einen 50-ml-Tiegel.</li>
		<li>Den Tiegel bei 60 °C 12 h in einen Ofen geben, um die Folie trocknen zu lassen.</li>
		<li>Die TiO 2-Folie in einem Muffelofen unter 400 °C für 2 h mit einer Heizrate von 2 °C/min kalkulieren.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. Katalytische Tests undP-Rokt-Analyse
<ol><li>
Katalytische Tests unter konzentrationsleichtem Licht
	<ol>
<li>Reinigen Sie den rostfreien zylinderförmigen Reaktor (Innendurchmesser = 5,5 cm, Volumen = 100 ml) mit entionisiertem Wasser und trocknen Sie ihn dann 10 min in einem Ofen bei 60 °C, um keine Interferenzen durch andere Kohlenstoffquellen zu vermeiden.</li>
		<li>Nehmen Sie den Reaktor aus demOfen, fügen Sie 2 ml H2 O, einen Rührer und einen Katalysatorhalter (ein kleines Regal, das den Katalysator im Reaktor hält) und legen Sie ein Quarzglas mit Poren (Durchmesser = 2 cm) auf der Unterseite des Halters und des TiO 2-Katalysators (Durchmesser = 1 cm) auf die Mitte des Quarzglases. Legen Sie ein Thermoelement durch eine Öffnung an der Reaktorwand auf der Katalysatoroberfläche. Fügen Sie eine Fresnel-Linse auf die Oberseite des Halters und versiegeln Sie den Reaktor mit einem Quarzglasfenster.</li>
		<li>Setzen Sie den Reaktor auf den elektromagnetischen Apparat. Überprüfen Sie die Luftdichtheit mit Stickstoff (N2).</li>
		<li>CO2 füttern (99,99%) durch einen Massenstromregler (MFC) in den Reaktor einsteigen und den Reaktor mindestens3x spülen, um das Gas im Reaktor in CO2 umzubuchen.</li>
		<li>Stellen Sie die Xe-Lampe 2 cm direkt über dem Reaktor ein, öffnen Sie die Xe-Lampenleistung und stellen Sie ihren Strom auf 15 A ein, und schalten Sie den magnetischen Rührschalter ein, um die Reaktion zu starten.</li>
		<li>Zeichnen Sie die Temperaturänderung auf der Katalysatoroberfläche und im Gas auf.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Produktanalyse
	<ol>
<li>Analysieren Sie das Produkt alle 1 h mit einer Gaschromatographie (GC), die mit einem flammenionisierten Detektor (FID) undeiner Kapillarsäule (siehe Materialtabelle)zur Trennung von C1 -C6-Kohlenwasserstoffen ausgestattet ist.</li>
		<li>Berechnen Sie die Anzahl der Produkte nach der externen Standardzeilenmethode. Vor der Quantifizierung des Produkts, erstellen Sie eine Standardkurve von Methan (CH4).</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Katalytische Tests unter Konzentrationslicht mit Vorbehandlung Hinweis: Dieses Verfahren ähnelt 2.1, wobei Unterschiede festgestellt werden.<ol>
<li>Waschreaktor wie in Schritt 2.1.1.</li>
		<li>Reaktor wie in Schritt 2.1.2 montieren, außer ohne Zugabe vonH2O.</li>
		<li>Überprüfen Sie die Luftdichtheit wie in Schritt 2.1.3.</li>
		<li>Führen Sie das Vorbehandlungsgas (wie Luft,N2 und H2 O) über einen MFC in den Reaktor ein und tauschen Sie das Gas dreimal hintereinander aus, um den Reaktor zu reinem Vorbehandlungsgas zu machen.</li>
		<li>Stellen Sie die Lampe wie in Schritt 2.1.5 ein.</li>
		<li>Halten Sie den Katalysator unter Licht (10 Konzentrationsverhältnis) Beleuchtung für 1 h in der Luftatmosphäre, dann schalten Sie die Xe Lampe und Magnetrührer, um die Vorbehandlung zu beenden.</li>
		<li>CO2 füttern (99,99%) in den Reaktor wie in Schritt 2.1.4.</li>
		<li>2 mlH2O aus der Öffnung der Wand in den Reaktor injizieren. Öffnen Sie die Xe-Lampe und die magnetische Rührwerkleistung, um die Reaktion als Schritt 2.1.5 zu starten.</li>
		<li>Zeichnen Sie die Temperaturänderung wie in Schritt 2.1.6 auf.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol><li>De-Richter, R. K., Ming, T., Caillol, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fighting+global+warming+by+photocatalytic+reduction+of+CO2%2C+using+giant+photocatalytic+reactors%5BTitle%5D)+AND+%22Renewable+%26+Sustainable+Energy+Reviews%22%5BJournal%5D)">Fighting global warming by photocatalytic reduction of CO2, using giant photocatalytic reactors.</a> Renewable & Sustainable Energy Reviews. 19 (1), 82-106 (2013).</li>
<li>Fang, Y., Wang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photocatalytic+CO2+conversion+by+polymeric+carbon+nitrides%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Communications%22%5BJournal%5D)">Photocatalytic CO2 conversion by polymeric carbon nitrides.</a> Chemical Communications. 54 (45), 5674-5687 (2018).</li>
<li>Kondratenko, E. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Status+and+perspectives+of+CO2+conversion+into+fuels+and+chemicals+by+catalytic%2C+photocatalytic+and+electrocatalytic+processes%5BTitle%5D)+AND+%22Energy+%26+Environmental+Science%22%5BJournal%5D)">Status and perspectives of CO2 conversion into fuels and chemicals by catalytic, photocatalytic and electrocatalytic processes.</a> Energy & Environmental Science. 6 (11), 3112-3135 (2013).</li>
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<li>White, J. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Light-Driven+Heterogeneous+Reduction+of+Carbon+Dioxide%3A+Photocatalysts+and+Photoelectrodes%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Reviews%22%5BJournal%5D)">Light-Driven Heterogeneous Reduction of Carbon Dioxide: Photocatalysts and Photoelectrodes.</a> Chemical Reviews. 115 (23), 12888-12935 (2015).</li>
<li>Habisreutinger, S. N., Schmidtmende, L., Stolarczyk, J. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photocatalytic+Reduction+of+CO2+on+TiO2+and+Other+Semiconductors%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie+International+Edition%22%5BJournal%5D)">Photocatalytic Reduction of CO2 on TiO2 and Other Semiconductors.</a> Angewandte Chemie International Edition. 52 (29), 7372-7408 (2013).</li>
<li>Weinstein, L. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Concentrating+Solar+Power%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Reviews%22%5BJournal%5D)">Concentrating Solar Power.</a> Chemical Reviews. 115 (23), 12797-12838 (2015).</li>
<li>Herrmann, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((TiO2+-based+solar+photocatalytic+detoxification+of+water+containing+organic+pollutants.+Case+studies+of+2%2C+4-dichlorophenoxyaceticacid+%282%2C+4+-+D%29+and+of+benzofuran%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Catalysis+B+Environmental%22%5BJournal%5D)">TiO2 -based solar photocatalytic detoxification of water containing organic pollutants. Case studies of 2, 4-dichlorophenoxyaceticacid (2, 4 - D) and of benzofuran.</a> Applied Catalysis B Environmental. 17 (1-2), 15-23 (1998).</li>
<li>Zeng, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Combined+effects+of+initial+water+content+and+heating+parameters+on+solar+pyrolysis+of+beech+wood%5BTitle%5D)+AND+%22Energy%22%5BJournal%5D)">Combined effects of initial water content and heating parameters on solar pyrolysis of beech wood.</a> Energy. 125, 552-561 (2017).</li>
<li>Zeng, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+solar+fuels+obtained+from+beech+wood+solar+pyrolysis%5BTitle%5D)+AND+%22Fuel%22%5BJournal%5D)">Characterization of solar fuels obtained from beech wood solar pyrolysis.</a> Fuel. 188, 285-293 (2017).</li>
<li>Nguyen, T. V., Wu, J. C. S., Chiou, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photoreduction+of+CO+over+Ruthenium+dye-sensitized+TiO-based+catalysts+under+concentrated+natural+sunlight%5BTitle%5D)+AND+%22Catalysis+Communications%22%5BJournal%5D)">Photoreduction of CO over Ruthenium dye-sensitized TiO-based catalysts under concentrated natural sunlight.</a> Catalysis Communications. 9 (10), 2073-2076 (2008).</li>
<li>Guan, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photoreduction+of+carbon+dioxide+with+water+over+K2Ti6O13%2C+photocatalyst+combined+with+Cu%2FZnO+catalyst+under+concentrated+sunlight%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Catalysis+A%3A+General%22%5BJournal%5D)">Photoreduction of carbon dioxide with water over K2Ti6O13, photocatalyst combined with Cu/ZnO catalyst under concentrated sunlight.</a> Applied Catalysis A: General. 249 (1), 11-18 (2003).</li>
<li>Han, S., Chen, Y. F., Abanades, S., Zhang, Z. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improving+photoreduction+of+CO2+with+water+to+CH4+in+a+novel+concentrated+solar+reactor%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Energy+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Improving photoreduction of CO2 with water to CH4 in a novel concentrated solar reactor.</a> Journal of Energy Chemistry. 26 (4), 743-749 (2017).</li>
<li>Roy, S. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Toward+solar+fuels%3A+photocatalytic+conversion+of+carbon+dioxide+to+hydrocarbons%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Toward solar fuels: photocatalytic conversion of carbon dioxide to hydrocarbons.</a> ACS Nano. 4 (3), 1259-1278 (2010).</li>
<li>Li, D., Chen, Y. F., Abanades, S., Zhang, Z. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhanced+activity+of+TiO2+by+concentrating+light+for+photoreduction+of+CO2+with+H2O+to+CH4%5BTitle%5D)+AND+%22Catalysis+Communications%22%5BJournal%5D)">Enhanced activity of TiO2 by concentrating light for photoreduction of CO2 with H2O to CH4.</a> Catalysis Communications. 113, 6-9 (2018).</li>
</ol>

Die Autoren haben nichts zu verraten.

Konzentriertes Licht reduziert den Lichteinfallbereich und erfordert die Verwendung eines scheibenförmigen Katalysators oder eines sogenannten Festbettreaktors, um den Katalysator zu halten. Da es sich bei der Lichtquelle in der Regel um eine runde Lampe handelt, sollte auch die Form des Katalysators rund sein. Um eine runde Scheibe zu erhalten, ist es möglich, das Pulver durch Tabletten in eine Scheibe zu pressen oder die Metallfolie durch Eloxierung in ein Oxid umzudrücken. Die Eloxierungsmethode verwendet Elektrizität...

Die Nutzung fossiler Brennstoffe geht einher mit großen Mengen an CO2-Emissionen, die erheblich zur globalen Erwärmung beitragen. CO2-Abscheidung, -Speicherung und -Umwandlung sind unerlässlich, um den CO2-Gehalt in der Atmosphäre1zu reduzieren. Die Photoreduktion von CO2 auf Kohlenwasserstoffe kann CO2 reduzieren, CO2 in Brennstoffe umwandeln und Sonnenenergie sparen. CO2 ist jedoch ein extrem stabiles Molekül. Seine C=O-Bindung besitzt eine höhere Dissoziationsenergie (ca. 750 kJ/mol)2. Das bedeutet, dass CO2 sehr schwer zu aktivieren und zu transformieren ist und während des Prozesses nur Kurzwellenlampen mit hoher Energie funktional sein können. Daher leiden CO2-Photoreduktionsstudien derzeit unter niedrigen Umwandlungseffizienzen und Reaktionsraten. Die meisten gemeldeten CH4-Ausbeuteraten liegen nur bei mehreren Werten von 1 ,g-h-1 auf einem TiO 2-Katalysator3,4. Das Design und die Herstellung von photokatalytischen Systemen mit hoher Umwandlungseffizienz und Reaktionsgeschwindigkeit zur CO2-Reduktion bleiben eine Herausforderung.
Ein beliebtes Forschungsgebiet zu CO2-Photoreduktionskatalysatoren ist die Erweiterung des verfügbaren Lichtbandes auf das sichtbare Spektrum und die Steigerung der Nutzungseffizienz dieser Wellenlängen5,6. Stattdessen versuchen wir in diesem Manuskript, die Reaktionsgeschwindigkeit zu erhöhen, indem wir die Lichtintensität erhöhen. Da die treibende Kraft einer photokatalytischen Reaktion Sonnenlicht ist, ist die Grundidee, die Konzentrationstechnologie zu nutzen, um die einfallende Sonnenlichtintensität zu erhöhen und damit die Reaktionsgeschwindigkeit zu erhöhen. Dies ähnelt einem thermokatalytischen Prozess, bei dem die Reaktionsgeschwindigkeit durch Erhöhung der Temperatur erhöht werden kann. Natürlich kann der Temperatureffekt nicht unendlich erhöht werden, ebenso wie mit der Lichtintensität; ein wichtiges Ziel dieser Forschung ist es, ein geeignetes Lichtintensitäts- oder Konzentrationsverhältnis zu finden.
Dies ist nicht das erste Experiment, das Konzentrationstechnologie verwendet. In der Tat, es ist weit verbreitet in der Konzentration von Solarstrom und Abwasserbehandlung7,8verwendet worden. Biomaterialien wie Buchenholzsägemehl können in einem Solarreaktor9,10pyrolysiert werden. Einige frühere Berichte haben die Methode zur CO2-Photoreduktion11,12,13erwähnt. Eine Probe zeigte eine 50%ige Steigerung der Produktausbeute, wenn die Lichtintensität verdoppelt wurde14. Unsere Gruppe hat herausgefunden, dass konzentriertes Licht die CH 4-Ausbeute mit einer bis zu 12-fachen Intensitätssteigerung erhöhen kann. Darüber hinaus kann die Vorbehandlung des Katalysators vor der Reaktion durch konzentrationsmittelliches Licht die CH 4-Ausbeute 15 weiter erhöhen. Hier zeigen wir das experimentelle System und die Methode im Detail.

<table><tbody><tr><td>Ti-Folie, 99,99%</td><td>Hebei Metal Technology Co., Ltd.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pt-Folie, 99,99%</td> <td>Tianjin Aida Henghao Technology Co., Ltd.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ammoniumfluorid, 98 %</td> <td>Aladdin</td><td>A111758</td><td>feuchtigkeitsempfindliches</td></tr><tr><td>Glykol, >99,9 %</td> <td>Aladdin</td><td>E103323</td><td></td></tr><tr><td>wasserfreies Ethanol, >99,9 %</td> <td>Aladdin</td><td>E111977</td><td>entflammbares</td></tr><tr><td>Aceton, >99,5 %</td> <td>Hangzhou Shuanglin Chemical Co., Ltd.</td><td>200-662-2</td><td>Irritierender Geruch</td></tr><tr><td>Salpetersäure, 65,0%-68,0%</td><td>Hangzhou Shuanglin Chemical Co., Ltd.</td><td>231-714-2</td><td>Feuchtigkeitsempfindliches</td></tr><tr><td>Wasserstoffperoxid, 30 Gew.-% in H2O</td><td>Aladdin</td><td>H112515</td><td>Stark oxidativer</td></tr><tr><td>Harnstoff, 99%</td> <td>Aladdin</td><td>U111897</td><td></td></tr><tr><td>entionisiertes Wasser, 99,00 %</td><td>Im Labor hergestellte</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Xe-Lampe, CELHXF300/CELHXUV300</td><td>Beijing Zhongjiao Jinyuan Co., Ltd.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Rostfreier Zylinderreaktor, CEL-GPPC</td><td>Beijing Zhongjiao Jinyuan Co., Ltd.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Fresnel-Linse, MYlens</td><td>Meiying Technology Co., Ltd.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>7000 Mesh Schleifpapier</td><td>Zibo Taichuan Abrasives Co., Ltd.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ultraschallreiniger, SK2210HP</td><td>Shanghai Kedao Ultrasonic Instrument Co., Ltd.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Thermostatisches Wasserbad, DF-101S</td><td>Boncie Instrument Technology Co., Ltd.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Krokodilklemme</td><td>Guangzhou Rongyu Co., Ltd.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Gleichstrom-Konstantspannungsquelle, DY-150V 2A</td><td>Shanghai Anding Electric Co., Ltd.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Muffelofen, KSL-1200X</td><td>Hefei Kejing Materials Technology Co., Ltd.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Quarzglas</td><td>Lianyungang Weida Quartz Products Co., Ltd.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Thermoelemente, WRNK-191K</td><td>Feiyang Elektrisches Zubehör Co., Ltd.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Elektromagnetischer Rührer, 85-2</td><td>Shanghai Zhiwei Electric Appliance Co., Ltd.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Vakuumpumpe, SHB-IIIA</td><td>Provinz Henan Taikang Fabrik</td><td></td><td></td>für Wissenschafts- und Bildungsausrüstung</tr><tr><td>Gaschromatograph, GC2014</td><td>SHIMAPZU</td><td></td><td></td></tr><tr><td>HT-PLOT Q Kapillarsäule</td><td>Hychrom</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Optischer Leistungsmesser, CEL-NP2000</td><td>Beijing Zhongjiao Jinyuan Co., Ltd.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Elektronische Waage, JJ124BC</td><td>Shanghai Jingtian Electronic Instrument Co., Ltd.</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

co2 photoreduction zu ch4 performance under concentrating solar light

CO2 Photoreduction to CH4 Performance Under Concentrating Solar Light

Wir zeigen eine Methode zur Verbesserung der CO2-Photoreduktion. Da die treibende Kraft einer photokatalytischen Reaktion von Solarlicht ausgeht, ist die Grundidee, Die Konzentrationstechnologie zu nutzen, um die einfallende Sonnenlichtintensität zu erhöhen. Die Konzentration eines großflächig endenden Lichts auf einen kleinen Bereich kann nicht nur die Lichtintensität erhöhen, sondern auch die Katalysatormenge sowie das Reaktorvolumen reduzieren und die Oberflächentemperatur erhöhen. Die Konzentration des Lichts kann durch verschiedene Geräte realisiert werden. In diesem Manuskript wird es durch eine Fresnel-Linse realisiert. Das Licht dringt in die Linse ein und konzentriert sich auf einen scheibenförmigen Katalysator. Die Ergebnisse zeigen, dass sowohl die Reaktionsgeschwindigkeit als auch die Gesamtausbeute effizient erhöht werden. Das Verfahren kann auf die meisten CO2-Photoreduktionskatalysatoren sowie auf ähnliche Reaktionen mit geringer Reaktionsgeschwindigkeit bei natürlichem Licht angewendet werden.

Das ursprüngliche photokatalytische Reaktorsystem besteht hauptsächlich aus zwei Komponenten, einer Xe-Lampe und einem Edelstahl-Zylinderreaktor. Für das konzentrierende Lichtreaktorsystem haben wir eine Fresnellinse und einen Katalysatorhalter hinzugefügt, wie in Abbildung 1dargestellt. Die Fresnel-Linse wird verwendet, um das Licht in einem kleineren Bereich zu konzentrieren. Da das Licht konzentriert wurde, muss der Katalysator in einen beleuchteten Bereic...

Wir präsentieren ein Protokoll zur Verbesserung der Leistung der CO2-Photoreduktion auf CH4 durch Erhöhung der einfallenden Lichtintensität durch konzentrierte Solarenergietechnologie.

CO2 Photoreduction zu CH4 Performance Under Concentrating Solar Light

We demonstrate a method for the enhancement of CO2 photoreduction. As the driving force of a photocatalytic reaction is from solar light, the basic idea ...

Diese Methode kann helfen, wichtige Fragen im Bereich der künstlichen Photosynthese zu beantworten, wie z. B. die Photoreduktion von Kohlendioxid auf Methan. Die Konzentrationstechnologie kann nicht nur die Lichtintensität erhöhen, sondern auch die Katalysatormenge sowie das Reaktorvolumen reduzieren, während die Reaktionstemperatur erhöht und damit die Photoreduktionsreaktionsrate erhöht wird. Obwohl diese Methode Einen Einblick in die photokatalytische Reduktion von Kohlendioxid geben kann, kann sie auch auf andere Systeme wie die Konzentration von Solarstrom und die Abwasserbehandlung angewendet werden.Um das Titandioxid durch Eloxierung vorzubereiten, lösen Sie 0,3 Gramm Ammoniumfluorid und zwei Milliliter Wasser in 100 Milliliter Glykol in einem 200-Milliliter-Becher mit einem Rührer auf, um den Elektrolyten zu bilden. Legen Sie den Becher mit dem Elektrolyt in ein 45 Grad Celsius Wasserbad. Die Titanfolie mit einer Schere auf 25 mal 25 Millimeter schneiden und die Titanfolienoberfläche mit einem 7000-Mesh-Sandpapier polieren, um die Oberflächenunreinheiten zu entfernen.Untertauchen Sie die Titanfolie in einen Volumetkolben mit 15 Milliliter Ethanol und dann einen Kolben mit 15 Milliliter Aceton. Behandeln Sie die Folie nun 15 Minuten lang mit einem Ultraschallreiniger. Nehmen Sie die Titanfolie heraus, spülen Sie sie drei- bis fünfmal mit dem ionisierten Wasser ab und legen Sie sie in einen Volumetkolben mit 20 Milliliter Ethanol.Bereiten Sie die Polierlösung in einem 100-Milliliter-Becher vor, wie im Textprotokoll beschrieben. Nun die Titanfolie aus dem Ethanolkolben entfernen, dreimal mit dem ionisierten Wasser abspülen und zwei Minuten lang in die Polierlösung geben. Entfernen Sie die Titanfolie und waschen Sie sie mit dem ionisierten Wasser zusätzlich dreimal.Verwenden Sie einen anoiden Alligatorclip, um die vorbehandelte Titanfolie und einen Kathodenclip für eine Platinfolie zu halten. Legen Sie die beiden Folien von Angesicht zu Angesicht in den Elektrolyt in einem Abstand von zwei Zentimetern voneinander. Schalten Sie die gleichstromstabilisierte Stromquelle ein, stimmen Sie die Spannung auf 50 Volt ab und elektrolysieren Sie 30 Minuten lang.Nach der Eloxierung den Strom ausschalten und die Titandioxidfolie herausnehmen. Die Titanfolie in einen Volumetkolben mit 15 MilliliterEthanol untertauchen und dann in einen Kolben mit 15 Milliliter Aceton geben. Behandeln Sie die Titanfolie 15 Minuten lang mit einem Ultraschallreiniger.Nach der Behandlung die Titanfolie drei- bis fünfmal mit dem ionisierten Wasser abspülen und in 15 Milliliter Tiegel legen. Den Tiegel 12 Stunden lang bei 60 Grad Celsius in einen Ofen stellen, um die Folie trocknen zu lassen. Nach dem Trocknen die Titandioxidfolie in einem Muffelofen unter 400 Grad Celsius für zwei Stunden mit einer Heizrate von zwei Grad Celsius pro Minute kalzinieren.Um katalytische Tests unter konzentrationsmitteligem Licht durchzuführen, reinigen Sie den edelstahlförmigen Reaktor mit dem ionisierten Wasser. Dann trocknen Sie es in einem Ofen bei 60 Grad Celsius für 10 Minuten, um keine Interferenzen von anderen Kohlenstoffquellen zu gewährleisten. Nach dem Trocknen im Ofen zwei Milliliter Wasser, einen Rührer und einen Katalysatorhalter in den Reaktor geben.Legen Sie ein Quarzglas mit Gießergüssen auf den Boden des Halters und legen Sie die Titandioxid-Katalysatoren auf die Mitte des Quarzglases. Nun thermisches Becherloch durch eine Öffnung in der Reaktorwand und auf die Katalysatoroberfläche legen. Fügen Sie eine Fresno-Linse auf die Oberseite des Halters und versiegeln Sie den Reaktor mit einem Quarzglasfenster.Stellen Sie den Reaktor auf das elektromagnetische Gerät und überprüfen Sie die Luftdichtheit mit Stickstoff. Führen Sie das Kohlendioxid über einen Massenstromregler in den Reaktor ein und spülen Sie den Reaktor mindestens dreimal, um das Gas im Reaktor in Kohlendioxid umzusteigen. Platzieren Sie die Xenon-Lampe zwei Zentimeter direkt über dem Reaktor.Schalten Sie die Xenon-Lampe ein und stellen Sie ihren Strom auf 15 Ampere ein und schalten Sie dann den Magnetrührerschalter ein, um die Reaktion zu starten. Zeichnen Sie die Temperaturänderung auf der Katalysatoroberfläche und im Gas auf. Analysieren Sie das Produkt stündlich mit Gaschromatographie, die mit dem flammenionisierten Detektor und einer Kapillarsäule zur Trennung von Kohlenwasserstoften mit ein bis sechs Kohlenstoffen ausgestattet ist.Berechnen Sie die Anzahl der Produkte nach der externen Standardzeilenmethode. Vor der Quantifizierung des Produkts eine Standardkurve aus Methan zu erstellen. Hier ist ein Gerät zur Konzentration der photokatalytischen Reduktion von Kohlendioxid zu sehen.Die XRD- und SEM-Charakterisierung des Katalysators zeigte, dass es sich bei dem hergestellten Katalysator um ein typisches Titanoxid-Nanorohr handelte. Hier ist der Katalysator unter natürlichem Licht zu sehen. Unter konzentriertem Licht zeigt der Katalysator etwas Glänzendes.Hier wird das Röntgenbeugungsmuster nach konzentrierter Lichtbestrahlung gezeigt, um Kristallstrukturveränderungen aufzuzeigen. Die Kristallinität wird nach der Reaktion unter konzentriertem Licht deutlich verbessert. Die Methanausbeute wird unter natürlichem und unter konzentrationsmittellichem Licht gemessen.Die Reaktionsraten von Methan auf verschiedenen Katalysatoren wurden unter den Konzentrationsbedingungen deutlich verbessert. Eine Vorbehandlung des Katalysators mit geeignetem Gas würde die Methanproduktion weiter erhöhen. Nach diesem Verfahren können andere Methoden wie die konzentrierte Photokatalyse unter echtem Sonnenlicht durchgeführt werden, um Additionsfragen wie photokatalytische Spaltung von Wasser und Abbau flüchtiger organischer Verbindungen unter echtem Sonnenlicht zu beantworten.Nach der Entwicklung ebnete diese Technik den Forschern im photokatalytischen Bereich den Weg, wie das Kohlendioxid-Photoreduktionsverhalten in einem photochemischen System verbessert werden kann. Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit konzentrierendem Licht extrem gefährlich sein kann und Vorsichtsmaßnahmen wie Googles sollten immer während der Durchführung dieses Verfahrens getroffen werden.

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Forschung

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Ingenieurwesen

Eine allgemeine Strategie für die Entwicklung der Ladungstrennung Halbleiternanokristall Verbundwerkstoffen einsetzbar für Solarenergie vorgestellt. Wir zeigen, dass die Montage von Donor-Akzeptor Nanokristall Domains in einem einzigen Nanopartikel Geometrie führt zu einer photokatalytischen Funktion, während Bulk-Heteroübergängen von Donor-Akzeptor Nanokristall Filme für photovoltaischen Energieumwandlung genutzt werden kann.

Harvesting Solar Energy mittels Charge-Trennung Nanokristalle und ihre Solids

Ein integriertes Gerät, das eine farbstoffsensibilisierte Solarzelle und Triplett-Triplett-Annihilation-Umwandlungseinheit hergestellt Man erhält verbesserte Lichtsammlung, von einem breiteren Abschnitt des Sonnenspektrums. Unter bescheidenen Einstrahlung eine deutlich verbesserte Reaktion auf Photonen niedriger Energie wurde demonstriert, was eine Rekordzahl für farbstoffsensibilisierte Solarzellen.

Integration einer Triplett-Triplett-Annihilation Up-Conversion-System, um Farbstoffsolarzellantwort auf Sub-Bandgap-Licht Enhance

Zinnsulfid (SnS) ist ein Kandidatenmaterial für erdreichliche, ungiftige Solarzellen. Hier demonstrieren wir das Herstellungsverfahren der SnS-Solarzellen unter Verwendung der Atomlagenabscheidung, die einen zertifizierten Wirkungsgrad von 4,36 % ergibt, und der thermischen Verdampfung, die 3,88 % ergibt.

Erstellen Rekordeffizienz SnS Solarzellen durch thermische Verdampfung und Atomic Layer Deposition

Hier präsentieren wir ein Protokoll organischen Dünnschicht-Solarzellen herzustellen mit einem Minischlitzdüsenbeschichtungsvorrichtung und der damit verbundenen In-line-Struktur Charakterisierungen Synchrotron Streuung Techniken.

Printing Herstellung von Bulk-Heterosolarzellen und In Situ Morphologie Charakterisierung

Zwei "Kombinierten Stresstest mit in Situ Messung" Setups, die Echtzeit-Überwachung von beschleunigten Abbau von Solarzellen und-Modulen ermöglichen, wurden entworfen und gebaut. Diese Einstellungen ermöglichen die gleichzeitige Verwendung von Luftfeuchtigkeit, Temperatur, elektrische Vorurteile und Beleuchtung so unabhängig gesteuert Stressfaktoren. Die Setups und verschiedene Experimente ausgeführt werden vorgestellt.

In Situ Überwachung von der beschleunigten Leistungsabfall von Solarzellen und Modulen: eine Fallstudie für Cu (In, Ga) Se2 Solarzellen

Das achromatische Wams auf Glas (ADG) Fresnel Linse macht verwenden zweier Materialien mit unterschiedlicher Dispersion zu reduzieren chromatische Aberration und erreichbare Konzentration zu erhöhen. In diesem Dokument ist ein Protokoll für die vollständige Charakterisierung der ADG Fresnel Linse vorgestellt.

Indoor experimentelle Bewertung der Effizienz und der Bestrahlungsstärke vor Ort von der achromatischen Doublet auf Glas (ADG) Fresnel-Linse für die Konzentration Photovoltaik

Diese Arbeit liefert ein detaillierte experimentelle Verfahren für die Abscheidung von Sb-2S-3 auf einem mesoporösen TiO2 -Layer mit einem SbCl3-Thioharnstoff komplexe Lösung für Anwendungen in der Sb-2S-3-Solarzellen sensibilisiert. Dieser Artikel bestimmt auch wichtige Faktoren, welche die Abscheidung.

Wichtige Faktoren, die die Leistung von Sb-2S-3-sensibilisiert Solarzellen während einer Sb2S3 Abscheidung über SbCl3-Thioharnstoff komplexe Lösung-Verarbeitung

Wir haben einen auf Stilben basierenden organischen Farbstoff direkt in einen Cobaloximkern integriert, um eine Photosensiatisator-Katalysator-Dyade für die photokatalytischeH2-Produktion zu erzeugen. Wir haben auch ein einfaches Versuchs-Setup zur Bewertung der lichtgesteuerten H2-Produktion durch photokatalytische Baugruppen entwickelt.

Entwicklung von Photosensiatisator-Cobaloxim-Hybriden für die solargetriebene H2-Produktion unter wässrigen aeroben Bedingungen

Diese Arbeit beschreibt den kompletten Herstellungsprozess von dünnabsorbierten Cadmiumselselentellurid/Cadmiumtellurid-Photovoltaikgeräten für eine höhere Effizienz. Das Verfahren nutzt ein automatisiertes Inline-Vakuumsystem zur Nahraumsublimationsablagerung, das skalierbar ist, von der Fertigung von kleinräumigen Forschungsgeräten bis hin zu großflächigen Modulen.

Nahraumsublimations-Deposited Ultra-Thin CdSeTe/CdTe Solar cells für verbesserte Kurzschlussstromdichte und Photolumineszenz

Dieses Papier ist eine Demonstration und eine Richtlinie zur Durchführung und Analyse interner (mit einem Labor-Röntgeninstrument) in situ GISAXS-Experimente zur Trocknung von Tinten auf Roll-to-Roll-Slot-Die-beschichteten, nicht-fullerene organischen Photovoltaikanlagen.

In situ Grazing Incidence Small Angle X-ray Scattering on Roll-To-Roll Coating of Organic Solar Cells with Laboratory X-ray Instrumentation

Es wird eine Synthesetechnik zur Herstellung des auf sichtbares Licht reagierenden ZnCoS/ZnCdS mit Zwillingskristallstruktur-Photokatalysator und die Photoredoxreaktionstesttechnik auf seine photokatalytische Aktivität und Selektivität bei der H2 -Entwicklung und Benzaldehydproduktion vorgestellt.

Synthese und Leistungsbewertung von ZnCoS/ZnCdS mit Zwillingskristallstruktur für die multifunktionale Redox-Photokatalyse in Energieanwendungen

Erfahren Sie die Photokatalyse zur CO₂-Reduktion zu CH₄ unter konzentriertem Sonnenlicht. Diese Methode steigert Reaktionsraten und Effizienz in der künstlichen Photosynthese erheblich.

CO₂ Photoreduction zu CH₄ Performance Under Concentrating Solar Light

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