Биотопливо из солнечной энергии

Концепция физики химии солнечной энергии

Ученые подчеркивают потенциал нового класса материалов для преобразования солнечного света в топливо:

• Будь то рост цен на топливо или сбои в электросетях, последствия глобального энергетического кризиса трудно игнорировать. Потребность в альтернативных источниках топлива больше, чем когда-либо, но, несмотря на популярность солнечных панелей, огромное количество солнечной энергии остается неиспользованным. Теперь многонациональная группа исследователей изучает существующие исследования ковалентных органических структур (COF), новый класс светопоглощающих соединений, в качестве потенциального решения для эффективного производства топлива с использованием солнечной энергии.
• Фотокатализаторы поглощают энергию света, чтобы вызвать химическую реакцию. Самый известный фотокатализатор — это, пожалуй, хлорофилл, зеленый пигмент растений, который помогает превращать солнечный свет в углеводы. В то время как углеводы могут терять популярность, фотокатализ привлекает к себе больше внимания, чем когда-либо.
• В фотокаталитическом процессе свет падает на фотокатализатор, увеличивает энергию его электронов и заставляет их разрывать свои связи и свободно перемещаться через катализатор. Эти «возбужденные» электроны затем вступают в реакцию с сырьем химической реакции с образованием желаемых продуктов.

Главным приоритетом в области исследований альтернативной энергии является использование фотокатализаторов для преобразования солнечной энергии в топливо, процесс, называемый «производство солнечной энергии в топливо».

Ковалентные органические каркасы (COF) — это пористые структурированные органические соединения, которые могут преобразовывать солнечную энергию в топливо, такое как водород.

Ковалентные органические основы для производства солнечной энергии в качестве топлива

Как объясняет д-р Пардип Сингх: «Солнечная энергия успешно используется для производства электроэнергии, но мы еще не можем эффективно производить из нее жидкое топливо. Это солнечное топливо, как и водород, могло бы стать источником устойчивой, пригодной для хранения и портативной энергии».

Особенность COF заключается в их способности улучшать катализ и добавлять в свою структуру специальные молекулы-заместители, называемые «функциональными группами», что позволяет обойти ограничения существующих фотокатализаторов. Это связано с определенными благоприятными свойствами COF, такими как химическая стабильность, контролируемая пористость и сильная делокализация электронов, что делает их сверхстабильными.

Как следует из названия, COF состоят из органических молекул, связанных вместе в структуру, которая может быть адаптирована для различных применений. Более того, сильная делокализация электронов означает, что, в отличие от полупроводниковых фотокатализаторов, возбужденные электроны нечасто рекомбинируют на полпути, что приводит к более возбужденным электронам для химической реакции.

Поскольку эти реакции происходят на поверхности фотокатализатора, увеличенная площадь поверхности и изменяемая пористость COF являются огромным преимуществом. COF-фотокатализаторы находят применение в преобразовании воды в водород и производстве метана из двуокиси углерода, тем самым обещая двойную выгоду — производство топлива и смягчение последствий глобального потепления. Кроме того, они могут даже помочь в фиксации азота, производстве пластмасс и хранении газов.

Новый вид COF, ковалентные триазиновые каркасы (CTF), в настоящее время находятся на переднем крае исследований по производству водорода. CTF в 20-50 раз производят водород по сравнению с графитовыми фотокатализаторами, что делает их очень многообещающим вариантом для производства топлива в будущем.

Однако, прежде чем мы поставим тележку на солнечной энергии перед лошадью, важно отметить, что фотокатализаторы на основе COF находятся на ранней стадии разработки и все еще не производят топливо так эффективно, как их аналоги на основе полупроводников. Тем не менее, их выдающиеся свойства и структурное разнообразие делают их многообещающими кандидатами для будущих исследований солнечной энергии в качестве топлива и жизнеспособным решением продолжающегося энергетического кризиса. «Наиболее важным вопросом является исследование надежных катализаторов на основе COF для желаемых областей применения. Можно ожидать, что фотокатализаторы на основе COF в ближайшие годы достигнут нового рубежа», — заключает оптимистичный доктор Панкадж Райзада.

Действительно, будущее, основанное на чистой энергии, кажется не таким уж далеким!

Источник

Метки: Биотопливо