I difetti della nanosilice possono salvare il pianeta Terra dal riscaldamento globale. Credito:Ayan Maity, TIFR, Mumbai
Una quantità eccessiva di anidride carbonica è la causa principale del cambiamento climatico. Uno dei migliori approcci è catturare e convertire l'anidride carbonica (CO 2 ) in carburante come il metano. D'altra parte, un modo sostenibile per risolvere il problema energetico è generare una fonte di energia alternativa, però, le sfide legate allo stoccaggio dell'elettricità rinnovabile impediscono lo sviluppo di queste tecnologie. Così, CO 2 la conversione a metano utilizzando idrogeno rinnovabile ha il grande potenziale per fornire una soluzione a questi due problemi di eccessiva CO 2 livelli, e il disallineamento temporale tra la produzione e la domanda di elettricità rinnovabile, così come lo stoccaggio dell'idrogeno.
I catalizzatori più conosciuti per la CO 2 la metanazione sono supportate da nanoparticelle di metalli. Però, la maggior parte di essi soffre del problema della stabilità e della selettività verso il metano rispetto alla CO. Il modo migliore per risolvere il problema della stabilità del catalizzatore è sostituire i siti attivi (nanoparticelle metalliche) con siti attivi privi di metalli che siano catalitici oltre che stabili anche in un ambiente con aria ad alte temperature.
In questo lavoro, i ricercatori del TIFR hanno sviluppato il protocollo di ingegneria dei difetti magnesiothermic per progettare un nuovo sistema catalitico in cui i siti attivi delle nanoparticelle metalliche sono stati sostituiti con i difetti come siti cataliticamente attivi.
Questo è il primo catalizzatore per CO . "senza metalli e senza leganti" 2 conversione. I difetti della nanosilice convertono la CO 2 al metano con ottima produttività e selettività. Per di più, non erano necessarie nanoparticelle metalliche, e i soli siti di difetto hanno agito come siti catalitici per l'attivazione dell'anidride carbonica e la dissociazione dell'idrogeno, e la loro azione cooperativa ha convertito CO 2 al metano.
Il catalizzatore è riciclabile e stabile per più di 200 h con 10000 μmoli g -1 h -1 di produttività per il metano. In particolare, a differenza dei costosi catalizzatori metallici, l'attività catalitica per la produzione di metano è aumentata significativamente dopo ogni ciclo di rigenerazione, raggiungendo più del doppio del tasso di produzione di metano dopo otto cicli di rigenerazione rispetto alle prestazioni iniziali del catalizzatore.
Gli studi spettroscopici hanno fornito approfondimenti atomistici sui vari siti di difetto (centri radicali Si, O-vacanza, e centri di buche di ossigeno senza ponte) in termini di concentrazione, prossimità, e cooperazione. Lo studio di spettroscopia in situ ha fornito approfondimenti meccanicistici a livello molecolare, indicando possibili vie per la CO 2 conversione in metano e monossido di carbonio, che è stato ulteriormente confermato da uno studio computazionale in collaborazione con il Prof. Ayan Datta della Indian Association of Cultivation Science (IACS), Calcutta.
