นักเคมีสร้าง 'ใบไม้' โมเลกุลที่รวบรวมและเก็บพลังงานแสงอาทิตย์โดยไม่ต้องใช้แผงโซลาร์เซลล์

โมเลกุลใหม่ใช้ nanographene complex (ทางซ้าย) เพื่อดูดซับแสงและขับเคลื่อนการแปลงคาร์บอนไดออกไซด์ (กลางส่วนบน) เป็นคาร์บอนมอนอกไซด์ (ทางขวา) ภาพที่ได้รับความอนุเคราะห์จาก Ben Noffke และ Richard Schaugaard, Indiana University

ทีมนักวิทยาศาสตร์ระดับนานาชาติที่นำโดย Liang-Shi Li ที่ Indiana University ได้ประสบความสำเร็จครั้งสำคัญในการแสวงหาการรีไซเคิลคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศของโลกไปสู่เชื้อเพลิงคาร์บอนที่เป็นกลางและวัสดุอื่น ๆ ชิ้นส่วนแสงอาทิตย์

นักเคมีได้ออกแบบโมเลกุลที่ใช้แสงหรือไฟฟ้าเพื่อแปลงก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ก๊าซเรือนกระจกเป็นคาร์บอนมอนอกไซด์ซึ่งเป็นแหล่งเชื้อเพลิงคาร์บอน - เป็นกลาง - มีประสิทธิภาพมากกว่าวิธีการอื่น ๆ ของ "การลดคาร์บอน" กระบวนการนี้มีการรายงานในวารสารสมาคมเคมีอเมริกัน Solar Power Bank 30000mAh

“ หากคุณสามารถสร้างโมเลกุลที่มีประสิทธิภาพเพียงพอสำหรับปฏิกิริยานี้มันจะผลิตพลังงานที่เป็นอิสระและสามารถจัดเก็บได้ในรูปแบบของเชื้อเพลิง” หลี่ศาสตราจารย์ในแผนกเคมีของวิทยาลัยวิชาเคมีและวิทยาศาสตร์ของ IU Bloomington กล่าว "การศึกษาครั้งนี้เป็นการก้าวกระโดดครั้งใหญ่ในทิศทางนั้น" วิทยุพลังงานแสงอาทิตย์

การเผาไหม้เชื้อเพลิง - เช่นคาร์บอนมอนอกไซด์ - ผลิตคาร์บอนไดออกไซด์และปล่อยพลังงาน การเปลี่ยนก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์กลับเป็นเชื้อเพลิงต้องใช้พลังงานอย่างน้อยในปริมาณเท่ากัน เป้าหมายสำคัญในหมู่นักวิทยาศาสตร์คือการลดพลังงานส่วนเกินที่จำเป็น ระบบไฟส่องสว่างในบ้านพลังงานแสงอาทิตย์

นี่คือสิ่งที่โมเลกุลของ Li บรรลุ: ต้องการปริมาณพลังงานน้อยที่สุดที่รายงานไปแล้วเพื่อขับเคลื่อนการก่อตัวของคาร์บอนมอนอกไซด์ โมเลกุล - คอมเพล็กซ์ nanographene -rhenium เชื่อมต่อผ่านสารประกอบอินทรีย์ที่รู้จักกันในชื่อ bipyridine - กระตุ้นปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพสูงซึ่งแปลงคาร์บอนไดออกไซด์เป็นคาร์บอนมอนอกไซด์ ระบบพลังงานแสงอาทิตย์กลับบ้าน

ความสามารถในการสร้างคาร์บอนมอนอกไซด์อย่างมีประสิทธิภาพและเฉพาะนั้นมีความสำคัญเนื่องจากความเก่งกาจของโมเลกุล อินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์

“ คาร์บอนมอนอกไซด์เป็นวัตถุดิบที่สำคัญในกระบวนการอุตสาหกรรมจำนวนมาก” หลี่กล่าว “ นอกจากนี้ยังเป็นวิธีการเก็บพลังงานเป็นเชื้อเพลิงที่เป็นกลางคาร์บอนเนื่องจากคุณไม่ได้นำคาร์บอนกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศมากกว่าที่คุณถูกลบออกไปแล้ว เครื่องใช้พลังงานแสงอาทิตย์

ความลับของประสิทธิภาพของโมเลกุลคือ nanographene - ชิ้นส่วนของกราไฟท์ขนาดนาโนเมตรซึ่งเป็นรูปแบบทั่วไปของคาร์บอน (เช่น "ตะกั่ว" สีดำในดินสอ) - เพราะสีเข้มของวัสดุดูดซับแสงแดดจำนวนมาก แผงโซลาร์เซลล์ 12V

หลี่กล่าวว่าคอมเพล็กซ์โลหะ bipyridine ได้รับการศึกษามานานเพื่อลดคาร์บอนไดออกไซด์เป็นคาร์บอนมอนอกไซด์ด้วยแสงแดด แต่โมเลกุลเหล่านี้สามารถใช้เพียงเศษเล็ก ๆ ของแสงในแสงแดดซึ่งส่วนใหญ่อยู่ในช่วงอัลตราไวโอเลตซึ่งมองไม่เห็นตาเปล่า ในทางตรงกันข้ามโมเลกุลที่พัฒนาขึ้นที่ IU ใช้ประโยชน์จากพลังการดูดซับแสงของ nanographene เพื่อสร้างปฏิกิริยาที่ใช้แสงแดดในความยาวคลื่นสูงถึง 600 นาโนเมตรซึ่งเป็นส่วนใหญ่ของสเปกตรัมแสงที่มองเห็นได้ ระบบพลังงานแสงอาทิตย์ 5kW

โดยพื้นฐานแล้วหลี่กล่าวว่าโมเลกุลทำหน้าที่เป็นระบบสองส่วน: "ตัวสะสมพลังงาน" ของนาโนกราฟที่ดูดซับพลังงานจากแสงแดดและ "เครื่องยนต์" อะตอมริเนียมที่ผลิตคาร์บอนมอนอกไซด์ ตัวเก็บพลังงานขับเคลื่อนการไหลของอิเล็กตรอนไปยังอะตอมของรีเนียมซึ่งผูกซ้ำและแปลงคาร์บอนไดออกไซด์ที่มีเสถียรภาพตามปกติเป็นคาร์บอนมอนอกไซด์ แบตเตอรี่แผงโซลาร์เซลล์

แนวคิดในการเชื่อมโยง nanographene กับโลหะเกิดขึ้นจากความพยายามก่อนหน้านี้ของ LI ในการสร้างเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นด้วยวัสดุที่ใช้คาร์บอน "เราถามตัวเองว่า: เราสามารถตัดคนกลาง - เซลล์แสงอาทิตย์ - และใช้คุณภาพการดูดซับแสงของ nanographene เพียงอย่างเดียวเพื่อผลักดันปฏิกิริยา" เขาพูดว่า. บ้านแผงโซลาร์เซลล์

ถัดไปหลี่วางแผนที่จะทำให้โมเลกุลมีพลังมากขึ้นรวมถึงการทำให้นานขึ้นและอยู่รอดในรูปแบบที่ไม่เป็นของเหลวเนื่องจากตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นของแข็งใช้งานง่ายกว่าในโลกแห่งความเป็นจริง นอกจากนี้เขายังทำงานเพื่อแทนที่อะตอมของรีเนียมในโมเลกุลซึ่งเป็นองค์ประกอบที่หายาก - ด้วยแมงกานีสซึ่งเป็นโลหะที่พบได้ทั่วไปและราคาไม่แพง ระบบสุริยจักรวาล 3kw

อินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ที่ไม่มีแบตเตอรี่จัดหาโดย mtosolar