Name: Fotoredukcja CO2 do wydajności CH4 przy skoncentrowanym świetle słonecznym (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-06-12T12:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 8 s
Description: Poznaj metodę fotoredukcji CO₂ do CH₄ przy skoncentrowanym świetle słonecznym. Technika ta zwiększa wydajność reakcji fotokatalitycznych i redukuje ilość katalizatora.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ta praca jest wspierana przez Chińską Fundację Nauk Przyrodniczych (nr 21506194, 21676255).

Uwaga: Proszę zapoznać się ze wszystkimi odpowiednimi Kartami Charakterystyki Substancji Niebezpiecznej (MSDS) przed rozpoczęciem pracy. Kilka chemikaliów jest łatwopalnych i silnie. Skupienie światła może powodować szkodliwe natężenie światła i wzrost temperatury. Należy używać wszystkich odpowiednich urządzeń ochronnych, takich jak środki ochrony osobistej (okulary ochronne, rękawice, fartuchy laboratoryjne, spodnie itp.).
1. Przygotowanie katalizatora
<ol>
	<li>Przygotowanie TiO2 przez anodowanie 
	Uwaga: Anodowanie wykorzystuje folie metalowe i folię Pt jako dwie przeciwelektrody. Dwie elektrody są umieszczane w elektrolicie. Za pomocą elektryczności folie metalowe w miejscu anody są utleniane.
	<ol>
		<li>Rozpuścić 0,3 g NH4F i 2 mlH2Ow 100 ml glikolu w zlewce o pojemności 200 ml z mieszadłem, aby utworzyć elektrolit. Umieścić zlewkę z elektrolitem w łaźni wodnej o temperaturze 45 °C.</li>
		<li>Przytnij folię Ti (rozmiar 50 x 250 mm) nożyczkami do 25 x 25 mm.</li>
		<li>Wypoleruj powierzchnię folii Ti papierem ściernym o oczkach 7 000, aby usunąć zanieczyszczenia powierzchni.</li>
		<li>Zanurz folię Ti w kolbie miarowej zawierającej 15 ml etanolu, następnie w kolbie z 15 ml acetonu, a następnie poddaj ją działaniu myjki ultradźwiękowej przez 15 minut. Wyjmij folię Ti, opłucz ją 3 - 5 razy wodą dejonizowaną i umieść w kolbie miarowej zawierającej 20 ml etanolu.</li>
		<li>Rozpuścić 10 mlH2O, 5 ml HNO3, 3 mlH2O2, 1 ml 18% wag. (NH2)2CO i 1 ml 18% wag. NH4F w zlewce o pojemności 100 ml, aby utworzyć roztwór do polerowania.</li>
		<li>Folię Ti wyjmujemy z kolby etanolowej, płuczemy ją 3x wodą dejonizowaną, a następnie wkładamy do roztworu polerskiego na 2 - 3 min. Zdejmujemy folię Ti i myjemy ją wodą dejonizowaną przez 3x.</li>
		<li>Użyj zacisku krokodowego anodowego, aby przytrzymać wstępnie obrobioną folię Ti i drugi klips do przytrzymania folii Pt (25 x 25 mm). Umieść dwie folie twarzą w twarz w elektrolicie w odległości 2 cm od siebie. Włącz źródło zasilania prądem stałym (DC), dostosuj napięcie do 50 V i elektrolizuj przez 30 minut.</li>
		<li>Po zakończeniu anodowania zamknij zasilanie i wyjmij folię TiO2</li>
		<li>Zanurz folię Ti w kolbie miarowej zawierającej 15 ml etanolu, następnie w kolbie z 15 ml acetonu, a następnie poddaj ją działaniu myjki ultradźwiękowej przez 15 minut. Wyjmij folię Ti, opłucz ją 3-5 razy wodą dejonizowaną i umieść w tyglu o pojemności 50 ml.</li>
		<li>Umieścić tygiel w suszarce nagrzanej do 60 °C na 12 godzin, aby folia wyschła.</li>
		<li>Folię TiO2 kalcynować w piecu muflowym w temperaturze poniżej 400 °C przez 2 godziny z szybkością nagrzewania 2 °C/min.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Testy katalityczne ianaliza produktu P
<ol>
	<li>Badania katalityczne w skoncentrowanym świetle
	<ol>
		<li>Wyczyść nierdzewny reaktor w kształcie cylindra (średnica wewnętrzna = 5,5 cm, objętość = 100 ml) wodą dejonizowaną, a następnie wysusz go w piecu w temperaturze 60 °C przez 10 minut, aby zapewnić brak zakłóceń ze strony innych źródeł węgla.</li>
		<li>Wyjmij reaktor z piekarnika, dodaj 2 ml H2O, mieszadło i uchwyt katalizatora (mała półka, która utrzymuje katalizator w reaktorze) i umieść szkło kwarcowe z porami (średnica = 2 cm) na dnie uchwytu i katalizator TiO2 (średnica = 1 cm) na środku szkła kwarcowego. Przełóż termoparę przez otwór w ścianie reaktora na powierzchni katalizatora. Dodaj soczewkę Fresnela na górze uchwytu i uszczelnij reaktor okienkiem ze szkła kwarcowego.</li>
		<li>Umieść reaktor na aparacie elektromagnetycznym. Sprawdzić szczelność za pomocą azotu (N2).</li>
		<li>Wprowadzić CO2 (99,99%) do reaktora przez regulator przepływu masowego (MFC) i przepłukać reaktor co najmniej 3 razy, aby zmienić gaz w reaktorze na CO2 .</li>
		<li>Umieść lampę Xe 2 cm bezpośrednio nad reaktorem, otwórz moc lampy Xe i ustaw jej prąd na 15 A, a następnie włącz przełącznik mieszadła magnetycznego, aby rozpocząć reakcję.</li>
		<li>Rejestruj zmianę temperatury na powierzchni katalizatora i w gazie.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Analiza produktu
	<ol>
		<li>Produkt należy analizować co 1 godzinę za pomocą chromatografii gazowej (GC), która jest wyposażona w detektor płomieniowo-jonizacyjny (FID) i kolumnę kapilarną (patrz tabela materiałów) do rozdzielania węglowodorów C1-C 6.</li>
		<li>Obliczyć liczbę produktów metodą linii wzorca zewnętrznego. Przed określeniem ilościowym produktu należy zbudować krzywą wzorcową metanu (CH4).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Badania katalityczne w skoncentrowanym świetle z obróbką wstępną 
	Uwaga: Ta procedura jest podobna do 2.1, z zaznaczonymi różnicami.
	<ol>
		<li>Przemyć reaktor jak w kroku 2.1.1.</li>
		<li>Zmontować reaktor jak w kroku 2.1.2, z wyjątkiem braku dodawaniaH2O.</li>
		<li>Sprawdź szczelność jak w kroku 2.1.3.</li>
		<li>Wprowadzić gaz do obróbki wstępnej (taki jak powietrze,N2 iH2O) do reaktora przez MFC i wymienić gaz trzy razy z rzędu, aby reaktor był czystym gazem do obróbki wstępnej.</li>
		<li>Wyreguluj lampę jak w kroku 2.1.5.</li>
		<li>Utrzymuj katalizator pod światłem (współczynnik koncentracji 10) przez 1 godzinę w atmosferze powietrza, a następnie wyłącz lampę Xe i mieszadło magnetyczne, aby zakończyć obróbkę wstępną.</li>
		<li>Wprowadzić CO2 (99,99%) do reaktora, jak w kroku 2.1.4.</li>
		<li>Wstrzyknąć 2 mlH2Odo reaktora przez otwór w ścianie. Otwórz lampę Xe i mieszadło magnetyczne, aby rozpocząć reakcję zgodnie z krokiem 2.1.5.</li>
		<li>Zapisz zmianę temperatury jak w kroku 2.1.6.</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>
<li>Izumi, Y. Recent Advances (2012-2015) in the Photocatalytic Conversion of Carbon Dioxide to Fuels Using Solar Energy: Feasibilty for a New Energy. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aIzumi%2C+Y+%22Advances+in+CO2+Capture%2C+Sequestration%2C+and+Conversion%22">Advances in CO2 Capture, Sequestration, and Conversion</a>. Jin, F., He, L. -N., Hu, Y. H. , American Chemical Society. 1-46 (2015).</li>
<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>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Skupienie światła zmniejsza obszar padania światła i wymaga użycia katalizatora w kształcie dysku lub tak zwanego reaktora ze złożem stałym do utrzymania katalizatora. Ponieważ źródłem światła jest zwykle lampa o okrągłym kształcie, kształt katalizatora również powinien być okrągły. Aby uzyskać okrągły krążek, możliwe jest wciśnięcie proszku w krążek przez tabletkowanie lub zmiana folii metalowej w tlenek przez anodowanie. Metoda anodowania wykorzystuje energię elektryczną do utleniania metalu do półprzewodnika tlenkoweg...

Wykorzystaniu paliw kopalnych towarzyszy duża emisja CO2, co w znacznym stopniu przyczynia się do globalnego ocieplenia. Wychwytywanie, składowanie i przetwarzanie CO2 są niezbędne do zmniejszenia zawartości CO2 w atmosferze1. Fotoredukcja CO2 do węglowodorów może zmniejszyć CO2 , przekształcić CO2 w paliwa i oszczędzać energię słoneczną. Jednak CO2 jest niezwykle stabilną cząsteczką. Jego wiązanie C=O ma wyższą energię dysocjacji (około 750 kJ/mol)2. Oznacza to, że CO2 jest bardzo trudny do aktywacji i transformacji, a tylko światła o krótkiej długości fali i wysokiej energii mogą działać podczas tego procesu. W związku z tym badania fotoredukcji CO2 mają obecnie niską wydajność konwersji i szybkość reakcji. Większość zgłaszanych wskaźników wydajności CH4 występuje tylko na kilku poziomachμmol·g cata-1·h-1 na katalizatorze TiO23,4. Wyzwaniem pozostaje projektowanie i wytwarzanie systemów fotokatalitycznych o wysokiej wydajności konwersji i szybkości reakcji w celu redukcji CO2 .
Jednym z popularnych obszarów badań nad katalizatorami fotoredukcji CO2 jest poszerzenie dostępnego pasma światła do widma widzialnego i zwiększenie efektywności wykorzystania tych długości fal5,6. Zamiast tego w tym manuskrypcie staramy się zwiększyć szybkość reakcji poprzez zwiększenie natężenia światła. Ponieważ siłą napędową reakcji fotokatalitycznej jest światło słoneczne, podstawową ideą jest wykorzystanie technologii koncentracji do zwiększenia intensywności padającego światła słonecznego, a tym samym zwiększenia szybkości reakcji. Jest to podobne do procesu termokatalitycznego, w którym szybkość reakcji można zwiększyć poprzez zwiększenie temperatury. Oczywiście efekt temperatury nie może nie być zwiększany w nieskończoność, podobnie jak natężenie światła; Głównym celem tych badań jest znalezienie odpowiedniego stosunku natężenia lub stężenia światła.
To nie jest pierwszy eksperyment, w którym wykorzystuje się technologię koncentracji. W rzeczywistości jest szeroko stosowany w koncentracji energii słonecznej i oczyszczaniu ścieków7,8. Biomateriały, takie jak trociny z drewna bukowego, mogą być pirolizowane w reaktorze słonecznym9,10. Niektóre wcześniejsze raporty wspominały o metodzie fotoredukcji CO2 11,12,13. Jedna próbka wykazała 50% wzrost wydajności produktu po podwojeniu natężenia światła14. Nasza grupa odkryła, że skupienie światła może zwiększyć wydajność CH4 przy nawet 12-krotnym wzroście intensywności. Ponadto wstępna obróbka katalizatora przed reakcją poprzez koncentrację światła może jeszcze bardziej zwiększyć współczynnik plastyczności CH4 15. Tutaj szczegółowo demonstrujemy system i metodę eksperymentalną.

<table><tbody><tr><td>Folia Ti, 99,99%</td> <td>Hebei Metal Technology Co., Ltd.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Folia pt, 99,99%</td><td>Tianjin Aida Henghao Technology Co., Ltd.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Fluorek amonu, 98%</td> <td>Aladdin</td><td>A111758</td><td>Glikol wrażliwy na wilgoć</td></tr><tr><td>, >99,9%</td> <td>Aladdin</td><td>E103323</td><td></td></tr><tr><td>Bezwodny etanol, >99,9%</td> <td>Aladdin</td><td>E111977</td><td>łatwopalny</td></tr><tr><td>aceton, >99,5%</td> <td>Hangzhou Shuanglin Chemical Co., Ltd.</td><td>200-662-2</td><td>Drażniący zapach</td></tr><tr><td>Kwas azotowy, 65,0% -68,0%</td> <td>Hangzhou Shuanglin Chemical Co., Ltd.</td><td>231-714-2</td><td>Nadtlenek</td></tr> wodoru wrażliwy na wilgoć<tr><td>, 30 % wag. w H2O</td><td>Aladdin</td><td>H112515</td><td>Silnie utleniający</td></tr><tr><td>mocznik, 99%</td><td>Aladdin</td><td>U111897</td><td></td></tr><tr><td>Woda dejonizowana, 99,00%</td><td>Lampa Xe wyprodukowana</td><td></td><td></td>w laboratorium</tr><tr><td>, CELHXF300/CELHXUV300</td><td>Beijing Zhongjiao Jinyuan Co., Ltd.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Reaktor cylindryczny ze stali nierdzewnej, CEL-GPPC</td><td>Beijing Zhongjiao Jinyuan Co., Ltd.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Soczewka Fresnela, MYlens</td><td>Meiying Technology Co., Ltd.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Papier ścierny o siatce 7000</td><td>Zibo Taichuan Abrasives Co., Ltd.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Myjka ultradźwiękowa, SK2210HP</td><td>Shanghai Kedao Ultrasonic Instrument Co., Ltd.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Termostatyczna łaźnia wodna, DF-101S</td><td>Boncie Instrument Technology Co., Ltd.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Zacisk krokodylkowy</td><td>Guangzhou Rongyu Co., Ltd.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Źródło stałego napięcia DC, DY-150V 2A</td><td>Shanghai Anding Electric Co., Ltd.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Piec muflowy, KSL-1200X</td><td>Hefei Kejing Materials Technolgy Co., Ltd.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Szkło kwarcowe</td><td>Lianyungang Weida Quartz Products Co., Ltd.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Termopary, WRNK-191K</td><td>Feiyang Electric Accessories Co., Ltd.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Mieszadło elektromagnetyczne, 85-2</td><td>Shanghai Zhiwei Electric Appliance Co., Ltd.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pompa próżniowa, SHB-IIIA Prowincja</td><td>Henan Fabryka</td><td></td><td></td>sprzętu naukowego i edukacyjnego Taikang</tr><tr><td>Chromatograf gazowy, GC2014</td><td>Kolumna</td> kapilarna SHIMAPZU <td></td><td></td></tr><tr><td>HT-PLOT Q Hychrom</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Miernik mocy optycznej, CEL-NP2000</td><td>Pekin Zhongjiao Jinyuan Co., Ltd.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Waga elektroniczna, JJ124BC</td><td>Shanghai Jingtian Electronic Instrument Co., Ltd.</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

fotoredukcja co2 do wydajności ch4 przy skoncentrowanym świetle słonecznym

CO2 Photoreduction to CH4 Performance Under Concentrating Solar Light

Demonstrujemy metodę poprawy fotoredukcji CO2. Ponieważ siłą napędową reakcji fotokatalitycznej jest światło słoneczne, podstawową ideą jest wykorzystanie technologii koncentracji do zwiększenia intensywności padającego światła słonecznego. Skupienie światła o dużej powierzchni na małym obszarze nie tylko zwiększa intensywność światła, ale także zmniejsza ilość katalizatora, a także objętość reaktora i zwiększa temperaturę powierzchni. Koncentracja światła może być realizowana za pomocą różnych urządzeń. W tym manuskrypcie jest to realizowane przez soczewkę Fresnela. Światło przenika przez soczewkę i jest skoncentrowane na katalizatorze w kształcie dysku. Wyniki pokazują, że zarówno szybkość reakcji, jak i całkowita wydajność są skutecznie zwiększane. Metodę można zastosować do większości katalizatorów fotoredukcji CO2 , a także do podobnych reakcji o niskiej szybkości reakcji w świetle naturalnym.

Oryginalny system reaktora fotokatalitycznego składa się głównie z dwóch komponentów: lampy Xe oraz reaktora w postaci cylindra ze stali nierdzewnej. W przypadku systemu reaktora z koncentracją światła dodano soczewkę Fresnela oraz uchwyt katalizatora, jak pokazano na Rysunku 1. Soczewka Fresnela służy do koncentracji światła na mniejszej powierzchni. Ponieważ światło zostaje skoncentrowane, katalizator musi zostać umieszczony w obszarze oświetlonym; dlatego ...

Przedstawiamy protokół poprawy wydajności fotoredukcji CO2 do CH4 poprzez zwiększenie intensywności padającego światła poprzez technologię koncentracji energii słonecznej.

Fotoredukcja CO2 do wydajności CH4 przy skoncentrowanym świetle słonecznym

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 ...

Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie sztucznej fotosyntezy, takie jak fotoredukcja dwutlenku węgla do metanu. Technologia koncentracji może nie tylko zwiększyć natężenie światła, ale także zmniejszyć ilość katalizatora, a także objętość reaktora, jednocześnie zwiększając temperaturę reakcji, zwiększając w ten sposób szybkość reakcji fotoredukcji. Chociaż metoda ta może dostarczyć informacji na temat fotokatalitycznej redukcji dwutlenku węgla, może być również stosowana w innych systemach, takich jak koncentracja energii słonecznej i oczyszczanie ścieków.Aby przygotować dwutlenek tytanu przez anodowanie, rozpuść 0,3 grama fluorku amonu i dwa mililitry wody w 100 mililitrach glikolu w 200-mililitrowej zlewce z mieszadłem, aby utworzyć elektrolit. Umieść zlewkę z elektrolitem w łaźni wodnej o temperaturze 45 stopni Celsjusza. Przytnij folię tytanową nożyczkami do 25 na 25 milimetrów, a następnie wypoleruj powierzchnię folii tytanowej papierem ściernym o oczkach 7000, aby usunąć zanieczyszczenia powierzchniowe.Zanurz folię tytanową w kolbie miarowej zawierającej 15 mililitrów etanolu, a następnie w kolbie z 15 mililitrami acetonu. Teraz traktuj folię przez 15 minut myjką ultradźwiękową. Wyjmij folię tytanową, opłucz ją trzy do pięciu razy zjonizowaną wodą i umieść w kolbie miarowej zawierającej 20 mililitrów etanolu.Przygotować roztwór do polerowania w 100-mililitrowej zlewce, zgodnie z opisem w protokole tekstowym. Teraz wyjmij folię tytanową z kolby etanolowej, spłucz ją trzykrotnie wodą jonizowaną i włóż do roztworu polerskiego na dwie do trzech minut. Usuń folię tytanową i umyj ją wodą jonizowaną dodatkowo trzy razy.Użyj anoidalnego zacisku krokodylkowego do przytrzymania wstępnie obrobionej folii tytanowej i zacisku katodowego do przytrzymania folii platynowej . Umieść dwie folie twarzą w twarz w elektrolicie w odległości dwóch centymetrów od siebie. Włącz źródło zasilania prądem stałym stabilizowanym prądem stałym, dostosuj napięcie do 50 woltów i elektrolizuj przez 30 minut.Po zakończeniu anodowania wyłącz zasilanie i wyjmij folię z dwutlenku tytanu. Zanurzyć folię tytanową w kolbie miarowej zawierającej 15 mililitrów etanolu, a następnie przenieść do kolby z 15 mililitrami acetonu. Folię tytanową należy traktować przez 15 minut myjką ultradźwiękową.Po zabiegu spłucz folię tytanową trzy do pięciu razy zjonizowaną wodą i umieść ją w 15-mililitrowym tyglu. Wstaw tygiel do piekarnika w temperaturze 60 stopni Celsjusza na 12 godzin, aby folia wyschła. Po wyschnięciu kalcynuj folię z dwutlenku tytanu w piecu muflowym w temperaturze poniżej 400 stopni Celsjusza przez dwie godziny z szybkością ogrzewania wynoszącą dwa stopnie Celsjusza na minutę.Aby przeprowadzić testy katalityczne w skoncentrowanym świetle, należy oczyścić reaktor w kształcie cylindra ze stali nierdzewnej wodą jonizowaną. Następnie wysusz go w piekarniku w temperaturze 60 stopni Celsjusza przez 10 minut, aby zapewnić brak zakłóceń ze strony innych źródeł węgla. Po wysuszeniu w piecu dodaj do reaktora dwa mililitry wody, mieszadło i uchwyt katalizatora.Umieść szklankę kwarcową z nalewakami na dnie uchwytu i umieść katalizatory dwutlenku tytanu na środku szkła kwarcowego. Teraz umieść otwór w miseczce termicznej przez otwór w ścianie reaktora i na powierzchni katalizatora. Dodaj soczewkę Fresno na górze uchwytu i uszczelnij reaktor oknem ze szkła kwarcowego.Umieść reaktor na aparacie elektromagnetycznym i sprawdź szczelność powietrza azotem. Wprowadzić dwutlenek węgla do reaktora przez regulator przepływu masowego i przepłukać reaktor co najmniej trzy razy, aby zmienić gaz w reaktorze na dwutlenek węgla. Umieść lampę ksenonową dwa centymetry bezpośrednio nad reaktorem.Włącz lampę ksenonową i dostosuj jej prąd do 15 amperów, a następnie włącz przełącznik mieszadeł magnetycznych, aby rozpocząć reakcję. Rejestruj zmianę temperatury na powierzchni katalizatora i w gazie. Produkt należy analizować co godzinę za pomocą chromatografii gazowej wyposażonej w detektor płomieniowo-jonizowany i kolumnę kapilarną do rozdzielania węglowodorów o zawartości od jednego do sześciu atomów węgla.Obliczyć liczbę produktów metodą zewnętrznej linii wzorcowej. Przed ilościowym określeniem produktu należy zbudować krzywą wzorcową metanu. Pokazane tutaj jest urządzenie do koncentracji fotokatalitycznej redukcji dwutlenku węgla.Charakterystyka katalizatora za pomocą XRD i SEM wykazała, że przygotowany katalizator był typową nanorurką z tlenku tytanu. Pokazany tutaj jest katalizator w naturalnym świetle. Pod skoncentrowanym światłem katalizator wykazuje pewne świecenie.Tutaj pokazany jest wzór dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego, po skoncentrowaniu promieniowania świetlnego, w celu ujawnienia zmian w strukturze kryształów. Krystaliczność ulega wyraźnej poprawie po reakcji pod wpływem skoncentrowanego światła. Uzysk metanu mierzy się w świetle naturalnym i przy skoncentrowanym świetle.Szybkość reakcji metanu na różnych katalizatorach uległa znacznej poprawie w warunkach koncentracji. Wstępne uzdatnianie katalizatora odpowiednim gazem jeszcze bardziej zwiększyłoby tempo produkcji metanu. Zgodnie z tą procedurą można przeprowadzić inne metody, takie jak skoncentrowana fotokataliza w rzeczywistym świetle słonecznym, aby odpowiedzieć na pytania dodatkowe, takie jak fotokatalityczne rozszczepianie wody i degradacja lotnych związków organicznych w prawdziwym świetle słonecznym.Po jej opracowaniu, technika ta utorowała drogę naukowcom zajmującym się fotokatalityką, jak poprawić zachowanie fotoredukcji dwutlenku węgla w systemie fotochemicznym. Nie zapominaj, że praca z skoncentrowanym światłem może być bardzo niebezpieczna i podczas wykonywania tej procedury należy zawsze zachować środki ostrożności, takie jak gogle.

co2-photoreduction-to-ch4-performance-under-concentrating-solar-light

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Przedstawiono ogólną strategię opracowania kompozytów nanokryształów półprzewodnikowych z separacją ładunku, które można wykorzystać w produkcji energii słonecznej. Wykazano, że zgrupowanie domen nanokryształów typu donora i akceptora w obrębie pojedynczej nanocząstki nadaje jej funkcję fotokatalityczną, podczas gdy heterozłącza objętościowe (bulk-heterojunctions) w filmach z nanokryształów typu donora i akceptora mogą być wykorzystywane do fotowoltażnej konwersji energii.

Pozyskiwanie energii słonecznej za pomocą nanocryształów rozdzielających ładunki oraz ich ciał stałych

Wyprodukowano zintegrowane urządzenie, zawierające barwnikowe ogniwo słoneczne i jednostkę do konwersji w górę anihilacji trypletowo-trypletowej, co pozwoliło na lepsze zbieranie światła z szerszego wycinka spektrum słonecznego. Przy umiarkowanych poziomach napromieniowania wykazano znacznie zwiększoną reakcję na fotony o niskiej energii, co przyniosło rekordową wartość dla ogniw słonecznych wrażliwych na barwnik.

Integracja systemu konwersji w górę anihilacji triplet-triplet w celu zwiększenia wrażliwości barwnika ogniwa słonecznego na światło sub-pasmo wzbronione

Siarczek cyny (SnS) jest materiałem kandydującym na nietoksyczne ogniwa słoneczne występujące w dużych ilościach na Ziemi. Tutaj demonstrujemy procedurę wytwarzania ogniw słonecznych SnS wykorzystującą osadzanie warstw atomowych, które daje 4,36% certyfikowaną sprawność konwersji energii, oraz parowanie termiczne, które daje 3,88%.

Wytwarzanie rekordowo wydajnych ogniw słonecznych SnS metodą termicznego odparowywania i osadzania warstw atomowych

Tutaj prezentujemy protokół wytwarzania organicznych cienkich warstw ogniw słonecznych za pomocą powlekarki z matrycą mini-szczelinową oraz powiązane charakterystyki struktury w linii produkcyjnej za pomocą technik rozpraszania synchrotronowego.

Drukowanie, produkcja masowych heterozłączowych ogniw słonecznych i charakterystyka morfologii in situ

Zaprojektowano i zbudowano dwie konfiguracje 'Combined Stress test with in situ', które pozwalają na monitorowanie w czasie rzeczywistym przyspieszonej degradacji ogniw słonecznych i modułów. Konfiguracje te pozwalają na jednoczesne wykorzystanie wilgotności, temperatury, odchyleń elektrycznych i oświetlenia jako niezależnie kontrolowanych czynników stresowych. Przedstawiono konfiguracje i różne przeprowadzone eksperymenty.

In Situ Monitorowanie przyspieszonej degradacji wydajności ogniw i modułów słonecznych: studium przypadku ogniw słonecznych Cu(In,Ga)Se2

Soczewka Fresnela z achromatycznym dubletem na szkle (ADG) wykorzystuje dwa materiały o różnej dyspersji, aby zredukować aberrację chromatyczną i zwiększyć osiągalne stężenie. W niniejszej pracy przedstawiono protokół pełnej charakterystyki soczewki Fresnela ADG.

Wewnętrzna eksperymentalna ocena wydajności i plamki natężenia promieniowania soczewki Fresnela z achromatycznym dubletem na szkle (ADG) do koncentracji fotowoltaiki

Ta praca dostarcza szczegółowej procedury eksperymentalnej do osadzania Sb2S3 na mezoporowatej warstwie TiO2 przy użyciu roztworu kompleksu 3-tiomocznika SbCl do zastosowań w ogniwach słonecznych uczulonych na Sb2S 3. W artykule tym określono również kluczowe czynniki rządzące procesem osadzania.

Kluczowe czynniki wpływające na wydajność ogniw słonecznych uczulonych naSb 2S 3 podczas osadzania Sb2S 3 za pomocą SbCl Przetwarzanie roztworu kompleksu 3-tiomocznika

Bezpośrednio włączyliśmy organiczny barwnik na bazie stylbenu do rdzenia kobaloksymu, aby wygenerować diadę fotosensybilizatora-katalizatora do fotokatalitycznej produkcji H2. Opracowaliśmy również prosty układ eksperymentalny do oceny produkcjiH2 sterowanej światłem przez montaże fotokatalityczne.

Opracowanie hybryd fotouczulacza i kobaloksymu do produkcjiH2 napędzanej energią słoneczną w wodnych warunkach tlenowych

Ta praca opisuje kompletny proces produkcji cienkich absorberów tellurku kadmu/tellurku selenu/tellurku kadmu dla zwiększenia wydajności. Proces wykorzystuje zautomatyzowany system próżniowy in-line do osadzania sublimacyjnego w bliskiej przestrzeni, który jest skalowalny, od produkcji urządzeń badawczych o małej powierzchni, a także modułów na dużą skalę.

Ultracienkie ogniwa słoneczne CdSeTe/CdTe osadzane sublimacyjnie w bliskiej przestrzeni dla zwiększenia gęstości prądu zwarciowego i fotoluminescencji

Ten artykuł jest demonstracją i wskazówką do przeprowadzenia i analizy wewnętrznych (z laboratoryjnym przyrządem rentgenowskim) eksperymentów in situ GISAXS dotyczących suszenia farb na niefulerenowych organicznych fotowoltaikach z rolki na rolkę.

Częstość występowania in situ Rozpraszanie promieniowania rentgenowskiego pod małym kątem na powłoce organicznych ogniw słonecznych z rolki na rolkę z laboratoryjnym oprzyrządowaniem rentgenowskim

Przedstawiono technikę syntezy umożliwiającą przygotowanie ZnCoS/ZnCdS reagującego na światło widzialne z fotokatalizatorem o podwójnej strukturze krystalicznej oraz technikę testowania reakcji fotoredoksowej jego aktywności fotokatalitycznej i selektywności w ewolucji H2 oraz produkcji benzaldehydu.

Synteza i oceny wydajności ZnCoS/ZnCdS z podwójną strukturą krystaliczną dla wielofunkcyjnej fotokatalizy redoks w zastosowaniach energetycznych

Poznaj metodę fotoredukcji CO₂ do CH₄ przy skoncentrowanym świetle słonecznym. Technika ta zwiększa wydajność reakcji fotokatalitycznych i redukuje ilość katalizatora.

Fotoredukcja CO₂ do wydajności CH₄ przy skoncentrowanym świetle słonecznym

Przeglądaj więcej filmów