סימולציה של Photocatalytic Heterogeneeous Catalysis ייצור דלק סולארי

ייצור דלק סולארי מייצג גישה טרנספורמטיבית לאנרגיה מתחדשת, במטרה ללכוד ולאחסן אור השמש בצורה של דלקים כימיים כגון מימן, מתאן, או פחמימנים נוזליים. על ידי חיקוי פוטוסינתזה טבעית, טכנולוגיה זו מציעה מסלול ל decarbons אשר קשה לחשמל רמות, כולל תעופה, משלוח ותעשייה כבדה.

יסודות של שיתוק Photocatalytic heterogeneeous Catalysis

שיתוק heterogeneous מסתמכ על האינטראקציה בין אור, זרז מוצק, ומולקולות מגיבות על פני השטח זרז.התהליך מתחיל בדרך כלל כאשר מוליכים למחצה סופג פוטונים עם אנרגיה גדולה יותר או שווה ל-Sgap שלה, אלקטרונים מרגשים מהלהקה של valence ללהקת המוליכים.This יוצרת זוגות אלקטרו-hole מקודמים שימושיים, אלה המטען חייב להזמימים להפחתה של אלקטרון (למשל), לפני שברשות אלקטרון (gton) כדי להפחית את החמצן (אוקסדים).

מדדי ביצועים מרכזיים כוללים את יעילות הקוונטים (השבריר של פוטונים נספגים המייצרים נושאים מועילים), יעילות השמש-ל-hydrogen (STH) עבור פיצול מים, ואת הבחירה כלפי מוצרי פחמן הרצויים בהפחתה CO2.שדה הוא מאוד interdisciplinary, גירוד פיזיקה מוצק-מדינה מוצק, כימיה משטח, והנדסת תגובה.

פריצות דרך אחרונות בחומרי Photocatalytic

אדריכלות Semiconductor

חומרים מסורתיים כמו טיטניום דו-חמצני (TiO2) כבר נחקרו אך סובלים ממגוון רחב של להקות (3.2 eV עבור anatase) המגבלה את ספיגת לאזור אולטרה סגולה.הההתקדמות האחרונה מתמקדת בהרחבה של ספיגה גלויה וקרובה טווח כמעט-infrared, המהווה חלק גדול יותר של ספקטרום השמש.לדוגמה, דותמי oxyhalsmuth (למשל, BOL), הוכחומטרהתיקים, תרכובת, לדוגמה, ספקטרום של ספקטרום של ספקטרום של ספקטרום גבוה יותר, ספקטרום של ספקטרום של ספקטרום של ספקטרום של ספקטרום של ספקטרום של ®Flant) ו-PerSLT2, כולל, כולל יותר, 000 (PerSLT2, 000) ו-Pertenmovskate) ו-Perpate) ו-oftineFate UVTate) יש יותר, אשר הוכחומטרדגניפטי (מספקטמספקטבייטבייטבייטבייטבייטבייטבייטבייטבייטבייטבייטבייטבייטבייטבייטבייטבייטבייטבייטבייטבייטבייטבורד (מ

אפשרויות ל-Doping אסטרטגיות

(הופנה מהדף גורמים זרים - הן צות והן תותותות - יכול לצמצם את ה-Sgap, להציג את מדינות אמצע ה-Cgap, ולשפר את הניידות של נושאת המטען.לדוגמה, TiO2 סופג אור גלוי, בעוד sulfur doping משפר את היציבות של פחמן גרף חנקן (g-C3N4), טכניקה חזקה נוספת היא יצירת פני השטח של שטף חמצן.

עקבו אחרי Enhanced Performance

(הדגשה של מידות זרז לנונומטרי מגדילה באופן דרמטי את יחס פני השטח לנפח, מתן אתרים פעילים יותר למיסה יחידה.יתר על כן, ננוורינג יכול לקצר את נתיבי הפיזור של נושא המטען, צמצום אובדן השיקום.דוגמאות כוללות ננווטים של Fe2O3 אשר משיגות צילומי חשמל גבוהים עבור חמצון מים, ו- meso ⁇ Ti2 סרטים שמגבירים את האור וקליטת ה-FR2prep) עם שיפור של חומר פגז (R2p) עם תמונה שונה (R.

שילוב של Co-Catalysts

אפילו photocatalyst למחצה הטוב ביותר דורש לעתים קרובות co-catalyst כדי להפחית את מחסומים הפעלה ולשפר אתסלקטיביות. מתכות נובל כגון פלטינה, platladium, וזהב הם אפשרויות קלאסיות עבור אבולוציה מימן כי הם מספקים העברה אלקטרונית מהירה ו- overpotentials נמוך.עם זאת, המחסור שלהם ועלות הובילה מחקר לתוך חלופות מפולות אדמה - לדוגמה, היפרפוחיות אלקטרופוחיות (Nitblastal-ofallus) ו-actived (Ride) כולל: 4APT-actived) כולל כפול (Ricial coof-aPT-activel-ampleamtial cozerallyd) כולל: 4APT-ampled) כולל: 4APTd) כולל:

עקבו אחרי CO2 Photoreduction

הקטנת פחמן דו חמצני לדלקים כגון methanol, methane, או פחמן חד תחמוצת הפחמן היא מאתגרת יותר מאשר מים פיצול בשל מספר גדול של העברת אלקטרונים מופצים ותגובת האבולוציה המתחרה מימן.התקדמות נעשתה על ידי תכנון זרזים COD עם אתרים פעילים מוגדרים היטב.לדוגמה, זרז יחיד-אטומי (SACs) התפזר על ידי חנק פחמן או חנק של 80% ב-CO2, אשר הוכחו על ידי מזהמים אלקטרו-פולקטינים, אשר נמצאו ב-אופטימיים-אופטימיים אופטיים, אשר נמצאו ב-אופטימיים, אשר נוצרו על ידי אטומיים של 2, אשר נמצאו ב-אפריקומים אופטיים, אשר נמצאו ב-אופטימיים, אשר נמצאו ב-פולקטיימים, אשר נמצאו מעל 20.

הנדסת Photocatalytic Reactor Engineering

[קראת פריצות דרך לכורים מדרגים נשאר מוקד מרכזי. סרטי זרז, כורים מזחלים, ודבש מונוליטי תומך בכל אחד מהם יש עסקאות תחבורה המונית, הפצה קלה, ושיקום זרז. השימוש בסיבים אופטיים או מבני דלק מקודמת אור יכול לשפר את ניצול photon, תצורה זוחלפית - שבו שני photoabsorbers הם ערימה של תאים נפרדים של פיתוח אווירי-מי (Ric) למנוע את ה-religine-Freligic) של תאים חשמליים יחיד של פיתוח יחיד.

אתגרים לOvercome

למרות ההתקדמות, כמה מהמכשולים נותרו לפני ייצור דלק סולארי פוטו-קטליטי יכול להתחרות עם חלופות מאובניות.

כיוונים עתידיים

הדור הבא של מערכות פוטו-קטליטיות ישלב כנראה אסטרטגיות מרובות בפלטפורמת חומר יחיד.לדוגמה, "Z-scheme" תצורות - בהשראת פוטוסינתזה טבעית - שימוש בשני מוליכים למחצה שונים הקשורים מתווך התנהגותי להשגת מים שלמים פיצול מבלי לדרוש כל חומר כדי לזרז את הפוטנציאלים של החמצן במים.

עוד שדרה מבטיחה היא ההפיכה של photocatalysis עם שלבים תרמיים או אלקטרוכימיים.דמית Photo-thermal סינרגיה, שבו חימום מקומי מ נספג אור מאיץ תגובות פני השטח, הוכח להגביר את שיעורי הפחתת פחמן CO2.בנוסף, מערכות היברידיות המשתמשות תאים פוטו-אלקטרוניקה לייצר מימן ולאחר מכן להאכיל אותו לתוך כור תרמוקטליטי להורדת סינתזציה של methanol או ammonia נחקרים.

השפעות פוטנציאליות על אנרגיה וסביבה

אם האתגרים הנותרים ניתן לטפל, שיתוק heterogeneous יכול לספק דלקים טיפות תואמים עם תשתיות קיימות. Hydrogen המיוצר באמצעות מים סולאריים פיצול ניתן להשתמש בתאי דלק, מעורב לתוך צינורות גז טבעי, או מומר לתוך ammonia עבור רמות ארוכות טווח נסיעה ואחסון.עבור תעופה ותחבורה ימית, פחמימנים סינתטיים עשויים מ CO2 ושמש יהיה פחמן להיות פחמן-ניפחמילאיפחמילאיבית עבור פליטה פחמן נמוך יותר.

יתר על כן, תהליכים פוטו-קטליטיים יכולים לפעול בטמפרטורה ולחץ, אשר מפשטים עיצוב מערכת בהשוואה לנתיבים תרמוכימיים בעלי טמפרטורה גבוהה. גנרטורים חשמליים סולריים מחוסנים יכולים לאפשר ייצור אנרגיה מבוזר, במיוחד באזורים עשירים בשמש אשר כיום חסרים גישה לדלקים מאובנים זולים.

המונחים: Socioכלכלה

המעבר לדלקים סולאריים ידרוש השקעה משמעותית בתשתיות מחקר וסיוע מדיניות בקנה מידה הייצור, כגון מס פחמן או סובסידיות עבור מימן מתחדש, יכול להאיץ את הפריסה.לא פחות חשוב הוא הכשרת כוח עבודה מיומן המסוגל לפעול ולשמור על טכנולוגיות חדשות אלה.כפי שעלויות הייצור יורדות, דלקים סולאריים עלולים להיות תחרותיים עם חלופות מאובן, אפילו במחירי הנפט הנוכחיים.

לסיכום, ההתקדמות בקטאליית heterogeneous היא בהתמדה העברת ייצור דלק סולארי מסקרנות מעבדה לעבר מציאות מעשית.עם המשך החדשנות בעיצוב, הנדסה כור ושילוב מערכת, טכנולוגיה זו מחזיקה בהבטחה של עתיד אנרגיה בר קיימא, פחמן-ניטרלי.