Credito:Li et al.
I ricercatori dell'Università di Hebei in Cina e dell'Università di Hakkaido in Giappone hanno recentemente utilizzato un assorbitore di luce selettivo per costruire un sistema fototermico in grado di generare temperature fino a 288°C in condizioni di debole irraggiamento solare (1 kW m -2 ). Questo sistema, presentato in Comunicazioni sulla natura , raggiunto una temperatura tre volte superiore a quella generata dai tradizionali sistemi di catalisi fototermica.
"Il nostro obiettivo iniziale era ottenere una catalisi fototermica all'aperto guidata dalla luce solare, ma la qualità dell'energia termica della conversione solare termica è troppo bassa, cioè., la temperatura è troppo bassa per essere applicata, "Yaguang Li, uno dei ricercatori che ha condotto lo studio, ha detto a Phys.org. "Perciò, abbiamo impostato la direzione della ricerca per migliorare la temperatura dei materiali fototermici sotto l'irradiazione solare ambientale".
Attualmente, la capacità di assorbimento della luce solare dei materiali fototermici si sta avvicinando al limite. Inoltre, CO . indotta dalla luce solare ambientale 2 la metanazione è impossibile da realizzare, poiché le temperature raggiunte dai sistemi fototermici esistenti sono tipicamente inferiori a 80°C all'irraggiamento, con molta energia solare dispersa. Per affrontare questo problema, Li e i suoi colleghi hanno deciso di ridurre la dissipazione di calore dei materiali fototermici al fine di ottenere una maggiore concentrazione di energia termica al loro interno e di conseguenza aumentare le loro temperature.
Quando hanno discusso la loro idea con altri ricercatori nel campo, si sono resi conto che la radiazione termica è un fattore determinante per la dissipazione del calore nei materiali fototermici. Però, poiché la radiazione termica di tutti i materiali fototermici è simile alla radiazione del corpo nero, la loro radiazione termica non può essere ridotta.
Credito:Li et al.
"Abbiamo notato il concetto di assorbimento selettivo della luce, che è un concetto classico, proposta per la prima volta da Cabot negli anni '40, " Li ha detto. "Nel 1955, Shaffer et al., ha pubblicato la teoria di base e la progettazione dei rivestimenti ad assorbimento selettivo della luce. Quindi, questo assorbitore di luce selettivo ha iniziato a essere prodotto in serie, applicato su scaldacqua solari e altri campi. Però, nessuno ha introdotto questo concetto nella catalisi fototermica, quindi abbiamo deciso di farlo. Abbiamo scoperto che questo ha prodotto un effetto magico:la catalisi fototermica è stata realizzata solo dalla radiazione solare esterna".
Nei loro esperimenti, i ricercatori hanno utilizzato un semplice assorbitore di luce selettivo industriale per costruire un reattore catalitico fototermico. Questo semplice strumento consente l'applicazione della catalisi fototermica da forte irradiazione luminosa a debole irradiazione luminosa. In altre parole, questo strumento amplia notevolmente la gamma di possibili applicazioni per la catalisi fototermica.
Li e i suoi colleghi hanno utilizzato l'assorbitore di luce per creare un sistema fototermico in grado di generare temperature notevolmente elevate. Hanno anche sintetizzato Y . amorfo ultrasottile 2 oh 3 nanofogli con singoli atomi di nichel confinati (SA Ni/Y 2 oh 3 ) e hanno scoperto che mostravano una notevole quantità di CO 2 attività di metanazione. Utilizzando l'assorbitore di luce selettivo, sono stati in grado di ottenere un CO 2 efficienza di conversione dell'80% e un CH 4 tasso di produzione di 7,5 L m -2 h -1 sotto irraggiamento solare ambientale.
"In questo lavoro, in realtà abbiamo usato solo teorie classiche e prodotti fattorizzati maturi, Li ha spiegato. "Penso che il più grande significato di questo studio per la scienza attuale sia che incoraggia i ricercatori ad ampliare i propri orizzonti ea migliorare la comunicazione con l'industria. Ritengo che potrebbe portare a enormi progressi nelle applicazioni scientifiche".
Nel futuro, il sistema proposto da Li e dai suoi colleghi potrebbe avere interessanti applicazioni, ad esempio fungendo da piattaforma per sfruttare direttamente l'energia solare dispersa e convertire efficacemente la CO 2 in preziose sostanze chimiche. I ricercatori stanno ora pianificando di migliorare ulteriormente il reattore fototermico utilizzato nel loro studio, sviluppare nuovi catalizzatori più adatti alla catalisi fototermica e promuovere l'industrializzazione del sistema proposto.
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