Iš CO₂ pagamino 200 kartų daugiau metano – mokslininkai sutvarkė vieną didžiausių MXene silpnybių

Sekite TechNaujienos Google

Mokslininkai iš Pietų Korėjos pranešė smarkiai pagerinę technologiją, kuri saulės energiją gali panaudoti anglies dioksidui paversti metanu. DGIST vadovaujama komanda sukūrė naują MXene pagrindo fotokatalizatorių, kuris laboratoriniame bandyme pagamino 18,1 mikromolio metano vienam gramui medžiagos.

Tyrėjų duomenimis, tai maždaug 200 kartų geresnis rezultatas nei kontrolinės titano pagrindo medžiagos be naujos MXene ir vario architektūros. Darbas paskelbtas žurnale „Advanced Energy Materials“.

Skaičius skamba kaip milžiniškas šuolis, tačiau svarbu suprasti, ką jis reiškia: tai nėra technologija, kuri šiandien galėtų ekonomiškai sugerti elektrinės CO₂ srautą ir vietoje jo gaminti gamtines dujas. Tai medžiagų mokslo eksperimentas, parodantis, kaip išspręsti vieną rimtą MXene klasės medžiagų problemą.

MXene yra puikus elektronų laidininkas, bet nemėgsta vandens

MXene vadinama dvimačių medžiagų šeima, kurią sudaro itin ploni pereinamųjų metalų karbidų, nitridų ar karbonitridų sluoksniai. Jie pasižymi dideliu elektriniu laidumu ir dideliu aktyviu paviršiumi, todėl domina baterijų, jutiklių, katalizatorių ir energijos kaupimo tyrėjus.

Naujausi straipsniai

3 min. skaitymo • prieš 2 val

Sfinksą statė iš tų pačių uolienų, kuriose gulėjo iki šiol nežinomas krokodilas

3 min. skaitymo • prieš 3 val

NASA tiria apledėjimą, kurio įprasta lėktuvo apsauga gali nepasiekti – lašai būna iki 2 mm

3 min. skaitymo • prieš 3 val

Arkties jūros ledas susitraukė iki 4,6 mln. km² – rimčiausias 2026 m. signalas slepiasi žiemą

Visi naujausi straipsniai →

Problema ta, kad dalis MXene medžiagų yra jautrios vandeniui ir oksidacijai. Fotokatalizės sistemoje tai ypač nepatogu, nes reakcijos dažnai vyksta aplinkoje, kur drėgmės išvengti neįmanoma.

DGIST komanda MXene paviršių padengė apsauginiu polimero sluoksniu. Tada į sistemą integravo vario nanodaleles. MXene padeda efektyviau pernešti šviesos sukurtus elektronus, o varis skatina reakcijas, kurių metu CO₂ galiausiai redukuojamas iki metano.

Eksperimentai ir teoriniai skaičiavimai parodė, kad toks derinys vienu metu sprendžia dvi problemas: medžiaga tampa stabilesnė drėgnoje aplinkoje, o elektronai rečiau „prapuola“ prieš spėdami dalyvauti cheminėje reakcijoje.

Būtent šis elektronų valdymas yra vienas pagrindinių fotokatalizės iššūkių. Sugerti šviesą neužtenka – sugerta energija turi sukurti krūvininkus, jie turi pasiekti reakcijos vietą, o ten dar turi būti palankios sąlygos konkrečiam produktui susidaryti.

Kodėl CO₂ versti kuru apskritai prasminga

Anglies dioksido pavertimas metanu nėra tiesiog būdas „panaikinti“ CO₂. Metanas vėl išskirtų anglies dioksidą jį sudeginus. Potenciali nauda atsiranda tada, kai konversijai naudojama atsinaujinanti energija ir CO₂ paimamas iš pramoninio srauto ar atmosferos.

Tokiu atveju dujos gali tapti energijos kaupimo forma: perteklinė saulės energija chemiškai „užrakinama“ kure, kurį galima laikyti ir transportuoti esama infrastruktūra.

Panaši logika galioja ir kitoms naujos kartos energijos technologijoms. TechNaujienos.lt neseniai rašė, kad natrio baterijos artėja prie masinės gamybos – skirtingos technologijos sprendžia tą pačią platesnę problemą: kaip pigiau kaupti ir perkelti energiją tada, kai jos pagaminama daugiau nei tuo metu reikia.

Naujojo fotokatalizatoriaus rezultatas kol kas yra laboratorinis. 18,1 mikromolio grame nėra pramoninės gamybos mastas, o 200 kartų pagerėjimas apskaičiuotas lyginant su konkrečia kontrolės sistema, ne su geriausia pasaulyje metano sintezės gamykla.

Vis dėlto darbą verta stebėti dėl kitos priežasties. Tyrėjai parodė, kad MXene trūkumą galima spręsti paviršiaus chemija neprarandant jo naudingų elektroninių savybių. Jei toks principas pasirodys pritaikomas ir kituose katalizatoriuose, nauda gali būti platesnė nei vien CO₂ pavertimas metanu.

Tyrimas „Surface-Functionalized MXene for Enhanced Photocatalytic CO2 Reduction“ paskelbtas „Advanced Energy Materials“, DOI: 10.1002/aenm.71560.

Viršelio vaizdas: Prussianblue1403 / Wikimedia Commons. Naudojama pagal CC BY 3.0; originalus failas.