Onderzoekers van Hebei University in China en Hakkaido University in Japan hebben onlangs een selectieve lichtabsorbeerder gebruikt om een ​​fotothermisch systeem te bouwen dat temperaturen tot 288°C kan genereren onder zwakke zonnestraling (1 kW m ^-2 ). Dit systeem, gepresenteerd in Natuurcommunicatie , bereikte een temperatuur die drie keer hoger was dan die gegenereerd door traditionele fototermale katalysesystemen.

"Ons oorspronkelijke doel was om door zonlicht aangestuurde fotothermische katalyse in de buitenlucht te realiseren, maar de thermische energiekwaliteit van thermische zonneconversie is te laag, d.w.z., de temperatuur is te laag om te worden toegepast, "Yaguang Li, een van de onderzoekers die het onderzoek heeft uitgevoerd, vertelde Phys.org. "Daarom, we zetten de onderzoeksrichting in het verbeteren van de temperatuur van fotothermische materialen onder bestraling van omgevingslicht."

Momenteel, het zonlichtabsorptievermogen van fotothermische materialen nadert zijn limiet. In aanvulling, omgevingszonlicht gestuurde CO ₂ methanisering is onmogelijk te realiseren, aangezien de temperaturen die door bestaande fotothermische systemen worden bereikt bij bestraling doorgaans lager zijn dan 80°C, waarbij veel zonne-energie wordt verspreid. Om dit probleem aan te pakken, Li en zijn collega's wilden de warmteafvoer van fotothermische materialen verminderen om een ​​grotere concentratie van warmte-energie erin te bereiken en bijgevolg hun temperatuur te verhogen.

Toen ze hun idee bespraken met andere onderzoekers in het veld, ze realiseerden zich dat warmtestraling een bepalende factor is voor warmteafvoer in fotothermische materialen. Echter, aangezien de thermische straling van alle fotothermische materialen vergelijkbaar is met de straling van zwarte lichamen, hun thermische straling kan niet worden verminderd.

"We merkten het concept van selectieve lichtabsorptie op, wat een klassiek concept is, voor het eerst voorgesteld door Cabot in de jaren 1940, " zei Li. "In 1955, Shaffer et al., publiceerde de basistheorie en het ontwerp van selectieve lichtabsorptiecoatings. Vervolgens, deze selectieve lichtabsorbeerder begon massaal te worden geproduceerd, toegepast op zonneboilers en andere gebieden. Echter, niemand heeft dit concept geïntroduceerd in fotothermische katalyse, dus hebben we besloten om dit te doen. We ontdekten dat dit een magisch effect opleverde:fotothermische katalyse werd gerealiseerd door alleen de zonnestraling buitenshuis."

In hun experimenten, de onderzoekers gebruikten een eenvoudige industriële selectieve lichtabsorbeerder om een ​​fotothermische katalytische reactor te bouwen. Dit eenvoudige instrument maakt de toepassing van fotothermische katalyse van sterke lichtinstraling tot zwakke lichtstraling mogelijk. Met andere woorden, dit instrument breidt het scala aan mogelijke toepassingen voor fotothermische katalyse aanzienlijk uit.

Li en zijn collega's gebruikten de lichtabsorber om een ​​fotothermisch systeem te creëren dat opmerkelijk hoge temperaturen kan genereren. Ze synthetiseerden ook ultradunne amorfe Y ₂ O ₃ nanosheets met opgesloten enkele nikkelatomen (SA Ni/Y ₂ O ₃ ) en ontdekten dat ze aanzienlijke CO .-waarden vertoonden ₂ methaniseringsactiviteit. Met behulp van de selectieve lichtabsorbeerder, ze hebben een CO . kunnen behalen ₂ conversie-efficiëntie van 80% en een CH ₄ productiesnelheid van 7,5 L m ^-2 H ^-1 onder omgevingslichtstraling.

"In dit werk, we gebruikten eigenlijk alleen klassieke theorieën en volwassen gefactoriseerde producten, Li legde uit. "Ik denk dat het grootste belang van deze studie voor de huidige wetenschap is dat het onderzoekers aanmoedigt om hun horizon te verbreden en de communicatie met de industrie te verbeteren. Ik heb het gevoel dat het kan leiden tot enorme vooruitgang in wetenschappelijke toepassingen."

In de toekomst, het door Li en zijn collega's voorgestelde systeem zou interessante toepassingen kunnen hebben, bijvoorbeeld als platform om verspreide zonne-energie direct te benutten en CO . effectief om te zetten ₂ tot waardevolle chemicaliën. De onderzoekers zijn nu van plan om de fotothermische reactor die in hun onderzoek wordt gebruikt, verder te verbeteren, nieuwe katalysatoren ontwikkelen die geschikter kunnen zijn voor fotothermische katalyse en de industrialisatie van hun voorgestelde systeem bevorderen.

© 2019 Wetenschap X Netwerk