Graphene quantum dots convert CO2 into fuel / Punti quantici grafene convertono CO2 in combustibile.
Scientists at Rice University have used graphene quantum dots combined with nitrogen atoms to transform CO2 into liquid fuel.
Described in the journal Nature Communications, the nitrogen-doped graphene quantum dots (NGQDs) act as an electrocatalyst, converting the greenhouse gas into small batches of ethylene and ethanol. Although the researchers say they don’t fully understand the mechanism at work, the NGQDs are as efficient a catalyst as copper, which is also being tested to turn CO2 into complex hydrocarbons. Furthermore, the quantum dots also retain their catalytic activity for a long time.
“It is surprising because people have tried all different kinds of catalysts, and there are only a few real choices such as copper,” said Rice materials scientist Pulickel Ajayan, who led the research.
“I think what we found is fundamentally interesting, because it provides an efficient pathway to screen new types of catalysts to convert carbon dioxide to higher-value products.”
The quantum dots are atom-thick sheets of carbon which have been split into particles about a nanometre thick and just a few nanometres wide. Adding nitrogen atoms enables various chemical reactions to take place when an electric current is applied and a feedstock like carbon dioxide is introduced. In lab tests, NGQDs were able to reduce carbon dioxide by up to 90 per cent, converting 45 per cent into either ethylene or alcohol.
“Our findings suggest that the pyridinic nitrogen (a basic organic compound) sitting at the edge of graphene quantum dots leads the catalytic conversion of carbon dioxide to hydrocarbons,” said Rice postdoctoral researcher Jingjie Wu, co-lead author of the paper.
“The next task is further increasing nitrogen concentration to help increase the yield of hydrocarbons.”
While the electrocatalysis can easily be performed in the lab, industry generally uses scalable thermal catalysis to produce fuels and chemicals. As a result, said Ajayan, the process is unlikely to be adopted in the near future for commercial purposes.
ITALIANO
Gli scienziati della Rice University hanno usato punti quantici del grafene in combinazione con atomi di azoto per trasformare CO2 in combustibile liquido.
Descritto sulla rivista Nature Communications, i punti quantici grafene (NGQDs) drogato con azoto funzionano da elettrocatalizzatori, convertendo il gas serra in piccoli lotti di etilene ed etanolo. Anche se i ricercatori dicono di non comprendere appieno il meccanismo sul posto di lavoro, i NGQDs sono efficienti come un catalizzatore di rame, che è anche in fase di test per trasformare la CO2 in idrocarburi complessi. Inoltre, i punti quantici mantengono anche la loro attività catalitica per lungo tempo.
"E 'sorprendente perché le persone hanno provato tutti i diversi tipi di catalizzatori, e ci sono solo un paio di scelte reali come il rame", ha detto Rice materiali scienziato Pulickel Ajayan, che ha guidato la ricerca.
"Penso che quello che abbiamo trovato è fondamentalmente interessante, perché offre un percorso efficace per lo screening di nuovi tipi di catalizzatori per convertire l'anidride carbonica in prodotti di valore più elevato."
I punti quantici sono fogli con spessore di un atomo di carbonio, che sono stati suddivisi in particelle di circa un nanometro di spessore e di larghezza di pochi nanometri. L'aggiunta di atomi di azoto abilita varie reazioni chimiche che avvengono quando una corrente elettrica viene applicata e viene introdotto una materia prima come l'anidride carbonica. Nei test di laboratorio, NGQDs stati in grado di ridurre l'anidride carbonica fino al 90 per cento, con la conversione del 45 per cento in entrambi etilene o alcool.
"I nostri risultati suggeriscono che l'azoto piridinico (un composto organico di base) posizionato sul bordo di punti quantici di grafene conducono la conversione catalitica del biossido di carbonio agli idrocarburi", ha detto Rice postdottorato ricercatore Jingjie Wu, co-autore del documento.
"Il compito successivo è un aumento ulteriore concentrazione di azoto per contribuire ad aumentare il rendimento degli idrocarburi".
Mentre l'elettrocatalisi può essere facilmente effettuata in laboratorio, l'industria utilizza generalmente una scalabile catalisi termico per la produzione di combustibili e prodotti chimici. Di conseguenza, detto Ajayan, il processo è improbabile che essere adottato nel prossimo futuro per scopi commerciali.
Da:
https://www.theengineer.co.uk/graphene-quantum-dots-convert-co2-into-fuel/?cmpid=tenews_2919320
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