TMDCナノフレクは新しいタイプの光合成太陽電池を作ります

- Feb 18, 2017 -

二硫化タングステンナノフレクを使用して、二酸化炭素をイオン液体中の一酸化炭素に化学的に変換することができる。 これは、シカゴのイリノイ大学の研究者が太陽光だけを使って「光合成」装置を使っているという新しい発見です。 新しいタイプの太陽電池は、大気から炭素を除去し、同時に燃料を生成するために使用することができる。


CO 2を電気化学的に還元することは、原則として、この温室効果ガスを燃料に再利用する良い方法となり得る。 しかしながら、この反応のための既存の触媒はあまりにも非効率的である。

Amin Salehi-Khojinが率いるチム   この反応の触媒として遷移金属二カルコゲナイド(TMDC)と呼ばれる2D材料のクラスの効率を試験した。 研究者たちは、2つの区画の3電極電気化学セルの内部で電解質としてイオン液体を材料と組み合わせた。

タングステンジセレニドは人工葉を作る

彼らは、二硫化タングステンが最良であり、そのナノフレク形態では、バルク触媒(例えば、銀で作られた)が60倍優れていることも見出した。これは、本研究で分析された他のナノフレク化合物の少なくとも2倍良好であった。 それは銀触媒よりも20倍も安い。

その後、チムは触媒を使用して、光を収穫するために18cm 2の2つのシリコントリプルジャンクション太陽電池からなる人工の葉を作りました。 タングステン二セレン化物およびイオン性液体触媒は、セル内でカソドを構成し、リン酸カリウム電解質中の酸化コバルトはアノドを構成した。

光合成過程を模倣する

「この人工葉は光合成過程を模倣している」とSalehi-Khojinは説明する。 「実際の葉では、CO 2は砂糖に変換されますが、私たちの葉では合成ガスに変換されます」シンガスは、水素ガスと一酸化炭素の混合物で、ガスタビンや合成ガスまたはナフサのようなディゼルまたは他の高密度炭化水素燃料に転化される。 Salehi-Khojin氏は、彼と彼の同僚は、砂糖または他の炭化水素を直接生産する触媒を設計することもできると言います。

研究者らは、100W / cm 2の光にさらされたときの人工葉の各活性部位ごとの触媒活性を測定した。 これは、地球の表面に到達する太陽光の平均強度です。 合成ガスは陰極で生成され、自由酸素と水素イオンが陽極で生成される。 水素イオンは膜を通ってカソド側に拡散し、CO 2還元反応に関与する。

ソラファム

「この反応は銀ナノ粒子で測定した場合の1000倍であり、バルクモリブデンジスルフィドで行った以前の研究よりも60倍優れています」とSalehi-Khojinはnanotechweb.orgに語っています。 「さらに、太陽光から燃料への変換効率は4.6%で、これは従来のシステムから2.5%アップしています。

そのような人工の葉は、太陽からのエネルギだけを使って、排気ガス流から二酸化炭素を燃料に変換するための化学プラントと発電所の隣に太陽熱発電所を作るために使用することができる、と彼は付け加えている。 このようにして、CO 2を修復するだけでなく、このエネルギを貯蔵する最も効率的な方法である化学結合の形で太陽のエネルギを貯蔵することができます。

Science DOA:10.1126 / science.aaf4767で 作業を報告しているイリノイのチムは、現在、業界と共同でシステムを拡張し、暫定特許を申請しています。


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