ERDF — ENSICAEN — IR spectoscopy resolved in time for photocatalytic CO2 reduction — Fonct (Q3673510)

From EU Knowledge Graph
Jump to navigation Jump to search
Project Q3673510 in France
Language Label Description Also known as
English
ERDF — ENSICAEN — IR spectoscopy resolved in time for photocatalytic CO2 reduction — Fonct
Project Q3673510 in France

    Statements

    country
    France
    0 references
    EU contribution
    14,841.26 Euro
    0 references
    budget
    29,682.52 Euro
    0 references
    co-financing rate
    50.0 percent
    0 references
    start time
    1 April 2017
    0 references
    end time
    31 July 2018
    0 references
    beneficiary name (string)
    ECOLE NATIONALE SUPERIEURE INGENIEURS DE CAEN
    0 references
    coordinate location

    49°12'9.18"N, 0°22'2.46"W
    inferred from
    postal code
    0 references
    postal code
    14050
    0 references
    summary
    Imitant la photosynthèse naturelle, la photoréduction de CO2 sur des systèmes artificiels permet d'accéder à une nouvelle génération de carburants renouvelables. En raison des problèmes techniques liés au stockage d'hydrogène à la température ambiante, des composés fournis par la réduction du CO2, tels que le méthane et le méthanol peut être aisément utilisé, avec des modifications mineures, comme sources d'énergie actuelles. En revanche, l'efficacité de la conversion du CO2 en hydrocarbures de haute valeur énergétique est encore à ses débuts et beaucoup de travail reste à faire avant d'appliquer cette technologie à grande échelle. L'une des contraintes critiques est que toute source d'énergie utilisée ne doit pas produire plus de CO2. Compte tenu de cela, il y a un intérêt croissant pour résoudre ce problème par la méthode photocatalytique en utilisant l'énergie solaire.Le CO2 est l'un des composés les plus stables parmi les composés carbonés. Le CO2 gazeux est linéaire et ne possède pas un moment dipolaire. La réduction à un électron de CO2 se produit à des potentiels très négatifs (-1,9 V vs ENH), due en partie à l'énergie requise pour un réarrangement structural de CO2 linéaire en CO2_ ponté. Cette énergie est beaucoup plus élevée que le potentiel de réduction des bandes de conduction des photocatalyseurs disponibles. Par conséquent, la réduction du CO2 implique une "activation", par adsorption sur le site actif du photocatalyseur, comme première étape. Cette étape est suivie par le transfert des protons et multielectrons au CO2 adsorbé/activé. Elle est produite à des énergies relativement faibles (-0,3 - -0,6V (NHE)). En fonction des voies et des conditions réactionnelles, différents produits finaux peuvent être obtenus. Par la suite, le contrôle de la sélectivité envers un produit préféré (par exemple, le méthanol, le CO, etc.) est très souhaitable afin d'éliminer un processus supplémentaire de séparation qui peut être coûteux. D'autre part, le processus de transfert de multi-électron nécessaire pour la réduction de CO2 implique un autre défi important dans la conception d'un système photocatalytique efficace : minimiser la recombinaison électron-trou. Le transfert d'électrons de la bande de conduction photocatalyseur au CO2 adsorbé/activée doit se produire plus rapidement que la recombinaison électron-trou (l'électron est compensé ensuite par un donneur d'électrons comme l'eau ou un agent sacrificiel). Cependant, l'échelle de temps de la recombinaison électron-trou est en général de deux à trois fois plus rapide que les autres procédés de transfert d'électrons. Par conséquent, le processus de recombinaison est évidemment préjudiciable à l'efficacité d'un photocatalyseur semi-conducteur.La stratégie générale adoptée pour améliorer l'efficacité de la réduction du CO2 par photocatalyse hétérogène est basée sur les évidences suivantes : (i) amélioration de la surface de catalyseur pour faciliter le transfert de charge à la surface(ii) modification du catalyseur avec des cocatalyseurs adéquats pour améliorer la séparation de charge, permettre l'adsorption/activation des réactifs, et aider le processus d'oxydo-réduction.La méthode la plus courte pour envisager un matériau efficace est de connaître le mécanisme de la réaction afin de mieux comprendre le mode de fonctionnement des sites actifs du photocatalyseurs. Malheureusement, le mécanisme exact de réduction photocatalytique de CO2 reste encore ambiguë. Il y a beaucoup de questions ouvertes concernant la voie exacte de la réaction, les effets des conditions expérimentales, le rôle du cocatalyseur ainsi que la sélectivité et l'efficacité de l'ensemble du processus. Une compréhension émergente du mécanisme, ainsi que de nouveaux matériaux peuvent apporter la promesse tenue par le processus de photoréduction de CO2 à la réalisation dans un avenir proche. (French)
    0 references
    Imitating natural photosynthesis, photoreduction of CO2 on artificial systems provides access to a new generation of renewable fuels. Due to technical problems related to hydrogen storage at room temperature, CO2 reduction compounds such as methane and methanol can be easily used, with minor modifications, as current energy sources. On the other hand, the efficiency of converting CO2 to high-energy hydrocarbons is still in its infancy and much work remains to be done before applying this technology on a large scale. One of the critical constraints is that any energy source used must not produce more CO2. Given this, there is a growing interest in solving this problem by the photocatalytic method using solar energy. CO2 is one of the most stable compounds among carbon compounds. The gaseous CO2 is linear and does not have a dipolar moment. The reduction to one CO2 electron occurs at very negative potentials (-1.9 V vs ENH), partly due to the energy required for a structural rearrangement of linear CO2 to bridged CO2_. This energy is much higher than the potential for reducing the conduction bands of available photocatalysts. Therefore, CO2 reduction involves “activation”, by adsorption at the active site of the photocatalyst, as a first step. This step is followed by the transfer of protons and multielectrons to adsorbed/activated CO2. It is produced at relatively low energies (-0.3 — -0.6V (NHE)). Depending on the pathways and reaction conditions, different final products can be obtained. Subsequently, control of selectivity towards a preferred product (e.g. methanol, CO, etc.) is highly desirable in order to eliminate an additional separation process that can be costly. On the other hand, the process of multi-electron transfer required for CO2 reduction involves another important challenge in the design of an effective photocatalytic system: minimise electron-hole recombination. Electron transfer from the photocatalyst conduction band to adsorbed/activated CO2 must occur faster than the electron-hole recombination (the electron is then compensated by an electron donor such as water or a sacrificial agent). However, the electron-hole recombination time scale is generally two to three times faster than other electron transfer processes. Therefore, the recombination process is obviously detrimental to the effectiveness of a semiconductor photocatalyst.The general strategy for improving the efficiency of CO2 reduction through heterogeneous photocatalysis is based on the following evidence: (I) improvement of the catalyst surface to facilitate load transfer to the surface(ii) modification of the catalyst with suitable cocatalysers to improve load separation, allow adsorption/activation of reagents, and assist in the process of oxydo-reduction.The shortest method to consider an effective material is to know the mechanism of the reaction in order to better understand how active photocatalyst sites operate. Unfortunately, the exact mechanism of photocatalytic CO2 reduction remains ambiguous. There are many open questions about the exact pathway of the reaction, the effects of experimental conditions, the role of the cocatalyser, and the selectivity and effectiveness of the whole process. An emerging understanding of the mechanism, as well as new materials, can bring the promise of the process of photoreduction of CO2 to realisation in the near future. (English)
    point in time
    18 November 2021
    readability score
    0.6908008347303913
    0 references
    Die Photoreduktion von CO2 auf künstlichen Systemen imitiert natürliche Photosynthese und ermöglicht den Zugang zu einer neuen Generation erneuerbarer Kraftstoffe. Aufgrund der technischen Probleme im Zusammenhang mit der Speicherung von Wasserstoff bei Umgebungstemperatur können durch CO2-Reduzierung gelieferte Verbindungen wie Methan und Methanol leicht und mit geringfügigen Änderungen als aktuelle Energiequellen verwendet werden. Die Effizienz der Umwandlung von CO2 in energiereiche Kohlenwasserstoffe befindet sich jedoch noch in den Anfängen, und es bleibt noch viel zu tun, bevor diese Technologie in großem Maßstab eingesetzt wird. Eine der kritischen Belastungen ist, dass jede verwendete Energiequelle nicht mehr CO2 erzeugen darf. In Anbetracht dessen gibt es ein wachsendes Interesse an der Lösung dieses Problems durch photokatalytische Methode mit Sonnenenergie.CO2 ist eine der stabilsten Verbindungen unter Kohlenstoffverbindungen. Gasförmiges CO2 ist linear und hat keinen dipolaren Moment. Die CO2-Reduktion auf ein Elektron tritt bei sehr negativen Potentialen (-1,9 V vs ENH) auf, was zum Teil auf die Energie zurückzuführen ist, die für eine lineare CO2-Strukturumstellung in CO2_-gedeckt erforderlich ist. Diese Energie ist viel höher als das Potenzial zur Reduzierung der Leitungsbänder der verfügbaren Photokatalysatoren. Daher bedeutet die CO2-Reduktion eine „Aktivierung“ durch Adsorption an der aktiven Stelle des Photokatalysators als ersten Schritt. Diesem Schritt folgt die Übertragung von Protonen und Multielectrons auf adsorbiertes/aktiviertes CO2. Sie wird bei relativ geringen Energien (-0,3 – -0,6V (NHE)) erzeugt. Je nach den reaktionsfähigen Wegen und Bedingungen können verschiedene Endprodukte hergestellt werden. In der Folge ist die Kontrolle der Selektivität gegenüber einem bevorzugten Produkt (z. B. Methanol, CO usw.) sehr wünschenswert, um einen zusätzlichen, kostenintensiven Trennungsprozess zu beseitigen. Auf der anderen Seite stellt der für die CO2-Reduzierung notwendige Multielektron-Transferprozess eine weitere große Herausforderung bei der Entwicklung eines effizienten photokatalytischen Systems dar: Minimierung der Elektron-Loch-Rekombination. Die Übertragung von Elektronen vom Photokatalysatorleitungsband auf das adsorbierte/aktivierte CO2 muss schneller als die Elektron-Loch-Rekombination erfolgen (das Elektron wird dann durch einen Elektronenspender wie Wasser oder ein Opfermittel kompensiert). Allerdings ist die Zeitskala der Elektron-Loch-Rekombination in der Regel zwei- bis dreimal schneller als andere Elektronenübertragungsverfahren. Daher ist der Rekombinationsprozess offensichtlich schädlich für die Wirksamkeit eines Halbleiter-Photokatalysators.Die allgemeine Strategie zur Verbesserung der Wirksamkeit der CO2-Reduktion durch heterogene Photokatalyse basiert auf den folgenden Beweisen: (I) Verbesserung der Katalysatoroberfläche, um die Lastübertragung auf die Oberfläche zu erleichtern(ii) Änderung des Katalysators mit geeigneten Kokatalysatoren, um die Lasttrennung zu verbessern, die Adsorption/Aktivierung von Reagenzien zu ermöglichen und den Oxidabbauprozess zu unterstützen.Die kürzeste Methode, um ein wirksames Material in Betracht zu ziehen, besteht darin, den Reaktionsmechanismus zu kennen, um besser zu verstehen, wie die aktiven Stellen des Photokatalysators funktionieren. Leider bleibt der genaue Mechanismus der photokatalytischen CO2-Reduktion noch unklar. Es gibt viele offene Fragen in Bezug auf den genauen Reaktionsweg, die Auswirkungen der experimentellen Bedingungen, die Rolle des Kokatalysators sowie die Selektivität und Wirksamkeit des gesamten Prozesses. Ein aufkommendes Verständnis des Mechanismus sowie neue Materialien können das Versprechen des CO2-Fotoreduzierungsprozesses in naher Zukunft zur Realisierung bringen. (German)
    point in time
    1 December 2021
    0 references
    Door natuurlijke fotosynthese na te bootsen, biedt fotovermindering van CO2 op kunstmatige systemen toegang tot een nieuwe generatie hernieuwbare brandstoffen. Door technische problemen in verband met de opslag van waterstof bij kamertemperatuur kunnen CO2-reductieverbindingen zoals methaan en methanol gemakkelijk worden gebruikt, met kleine aanpassingen, als huidige energiebronnen. Aan de andere kant staat de efficiëntie van de omzetting van CO2 in hoog-energetische koolwaterstoffen nog in de kinderschoenen en er moet nog veel werk worden verricht voordat deze technologie op grote schaal wordt toegepast. Een van de kritieke beperkingen is dat elke gebruikte energiebron niet meer CO2 mag produceren. Gezien dit, is er een groeiende interesse in het oplossen van dit probleem door de fotokatalytische methode met behulp van zonne-energie. CO2 is een van de meest stabiele verbindingen onder koolstofverbindingen. Het gasvormige CO2 is lineair en heeft geen dipolair moment. De reductie tot één CO2-elektron vindt plaats bij zeer negatief potentieel (-1,9 V vs ENH), deels als gevolg van de energie die nodig is voor een structurele herschikking van lineair CO2 naar overbrugd CO2_. Deze energie is veel hoger dan het potentieel voor het verminderen van de geleidingsbanden van beschikbare fotokatalysatoren. Daarom, CO2-reductie impliceert „activering”, door adsorptie op de actieve site van de fotokatalysator, als een eerste stap. Deze stap wordt gevolgd door de overdracht van protonen en multi-elektronen naar geadsorbeerd/geactiveerd CO2. Het wordt geproduceerd bij relatief lage energieën (-0,3 — -0.6V (NHE)). Afhankelijk van de routes en de reactieomstandigheden kunnen verschillende eindproducten worden verkregen. Vervolgens is controle van de selectiviteit ten opzichte van een voorkeursproduct (bv. methanol, CO, enz.) zeer wenselijk om een extra scheidingsproces dat kostbaar kan zijn, te elimineren. Aan de andere kant vormt het proces van multi-elektronoverdracht dat nodig is voor CO2-reductie een andere belangrijke uitdaging bij het ontwerpen van een effectief fotokatalytisch systeem: minimaliseer de recombinatie van elektronengaten. De elektronenoverdracht van de geleidingsband van de fotokatalysator naar geadsorbeerd/geactiveerd CO2 moet sneller plaatsvinden dan de elektronen-gatrecombinatie (het elektron wordt dan gecompenseerd door een elektronendonor zoals water of een offermiddel). Echter, de elektron-gat recombinatie tijdschaal is over het algemeen twee tot drie keer sneller dan andere elektronen overdracht processen. Daarom is het recombinatieproces duidelijk nadelig voor de effectiviteit van een halfgeleiderfotokatalysator.De algemene strategie voor het verbeteren van de efficiëntie van CO2-reductie door heterogene fotokatalyse is gebaseerd op het volgende bewijs: (I) verbetering van het katalysatoroppervlak om belastingsoverdracht naar het oppervlak te vergemakkelijken(ii) wijziging van de katalysator met geschikte cokatalysatoren om de belastingscheiding te verbeteren, adsorptie/activering van reagentia mogelijk te maken en te helpen bij het proces van oxydoreductie.De kortste methode om een effectief materiaal te overwegen is het mechanisme van de reactie kennen om beter te begrijpen hoe actieve fotokatalysatorplaatsen werken. Helaas blijft het exacte mechanisme van fotokatalytische CO2-reductie dubbelzinnig. Er zijn veel open vragen over de exacte weg van de reactie, de effecten van experimentele omstandigheden, de rol van de cokatalysator en de selectiviteit en effectiviteit van het hele proces. Een nieuw begrip van het mechanisme, evenals nieuwe materialen, kan de belofte van het proces van fotovermindering van CO2 in de nabije toekomst aan de realisatie brengen. (Dutch)
    point in time
    6 December 2021
    0 references
    Imitando la fotosintesi naturale, la fotoriduzione della CO2 sui sistemi artificiali consente l'accesso a una nuova generazione di combustibili rinnovabili. A causa di problemi tecnici legati allo stoccaggio dell'idrogeno a temperatura ambiente, i composti di riduzione di CO2 come metano e metanolo possono essere facilmente utilizzati, con lievi modifiche, come fonti di energia correnti. D'altro canto, l'efficienza della conversione della CO2 in idrocarburi ad alta energia è ancora all'inizio e resta ancora molto da fare prima di applicare questa tecnologia su larga scala. Uno dei vincoli critici è che qualsiasi fonte di energia utilizzata non deve produrre più CO2. Dato questo, c'è un crescente interesse a risolvere questo problema con il metodo fotocatalitico utilizzando l'energia solare. CO2 è uno dei composti più stabili tra i composti del carbonio. Il CO2 gassoso è lineare e non ha un momento dipolare. La riduzione a un elettrone di CO2 avviene a potenziali molto negativi (-1,9 V vs ENH), in parte a causa dell'energia necessaria per un riarrangiamento strutturale di CO2 lineare a CO2 ponte_. Questa energia è molto superiore al potenziale di riduzione delle bande di conduzione dei fotocatalizzatori disponibili. Pertanto, la riduzione di CO2 comporta l'"attivazione", mediante adsorbimento nel sito attivo del fotocatalista, come primo passo. Questo passaggio è seguito dal trasferimento di protoni e multielettroni a CO2 adsorbito/attivato. È prodotto con energie relativamente basse (-0,3 — -0.6V (NHE)). A seconda delle vie e delle condizioni di reazione, si possono ottenere diversi prodotti finali. Successivamente, il controllo della selettività verso un prodotto preferito (ad esempio metanolo, CO, ecc.) è altamente auspicabile al fine di eliminare un ulteriore processo di separazione che può essere costoso. D'altra parte, il processo di trasferimento multielettrone richiesto per la riduzione di CO2 comporta un'altra importante sfida nella progettazione di un efficace sistema fotocatalitico: ridurre al minimo la ricombinazione del foro elettronico. Il trasferimento di elettroni dalla banda di conduzione fotocatalista alla CO2 adsorbita/attivata deve avvenire più velocemente della ricombinazione del foro elettronico (l'elettrone viene quindi compensato da un donatore di elettroni come acqua o un agente sacrificale). Tuttavia, la scala temporale di ricombinazione del foro elettronico è generalmente da due a tre volte più veloce di altri processi di trasferimento di elettroni. Pertanto, il processo di ricombinazione è ovviamente dannoso per l'efficacia di un fotocatalista a semiconduttori. La strategia generale per migliorare l'efficienza della riduzione di CO2 attraverso la fotocatalisi eterogenea si basa sulle seguenti evidenze: (I) miglioramento della superficie del catalizzatore per facilitare il trasferimento del carico alla superficie ii) la modifica del catalizzatore con cocatalizzatori idonei a migliorare la separazione del carico, consentire l'adsorbimento/attivazione dei reagenti e assistere nel processo di riduzione dell'ossido.Il metodo più breve per considerare un materiale efficace consiste nel conoscere il meccanismo della reazione al fine di comprendere meglio il funzionamento dei siti fotocatalisti attivi. Purtroppo, l'esatto meccanismo di riduzione fotocatalitica di CO2 rimane ambiguo. Ci sono molte domande aperte circa il percorso esatto della reazione, gli effetti delle condizioni sperimentali, il ruolo del cocatalizer, e la selettività e l'efficacia dell'intero processo. Una comprensione emergente del meccanismo, così come dei nuovi materiali, può portare la promessa del processo di fotoriduzione della CO2 alla realizzazione nel prossimo futuro. (Italian)
    point in time
    13 January 2022
    0 references
    Imitando la fotosíntesis natural, la fotoreducción de CO2 en sistemas artificiales proporciona acceso a una nueva generación de combustibles renovables. Debido a problemas técnicos relacionados con el almacenamiento de hidrógeno a temperatura ambiente, los compuestos de reducción de CO2 como el metano y el metanol pueden utilizarse fácilmente, con pequeñas modificaciones, como fuentes de energía actuales. Por otro lado, la eficiencia de convertir el CO2 en hidrocarburos de alta energía todavía está en su infancia y queda mucho por hacer antes de aplicar esta tecnología a gran escala. Una de las limitaciones críticas es que cualquier fuente de energía utilizada no debe producir más CO2. Dado esto, existe un creciente interés en resolver este problema por el método fotocatalítico utilizando energía solar. El CO2 es uno de los compuestos más estables entre los compuestos de carbono. El CO2 gaseoso es lineal y no tiene un momento dipolar. La reducción a un electrón de CO2 se produce en potenciales muy negativos (-1,9 V frente a ENH), en parte debido a la energía necesaria para una reordenación estructural de CO2 lineal a CO2 puente. Esta energía es mucho más alta que el potencial para reducir las bandas de conducción de fotocatalizadores disponibles. Por lo tanto, la reducción de CO2 implica «activación», por adsorción en el sitio activo del fotocatalizador, como primer paso. Este paso es seguido por la transferencia de protones y multielectrones a CO2 adsorbido/activado. Se produce a energías relativamente bajas (-0.3 — -0.6V (NHE)). Dependiendo de las vías y condiciones de reacción, se pueden obtener diferentes productos finales. Posteriormente, el control de la selectividad hacia un producto preferido (por ejemplo, metanol, CO, etc.) es muy deseable para eliminar un proceso de separación adicional que puede ser costoso. Por otro lado, el proceso de transferencia multielectrónica necesario para la reducción de CO2 implica otro reto importante en el diseño de un sistema fotocatalítico eficaz: minimice la recombinación de agujeros electrógenos. La transferencia de electrones desde la banda de conducción fotocatalizadora al CO2 adsorbido/activado debe ocurrir más rápido que la recombinación de agujeros electrógenos (el electrón es compensado por un donante de electrones como agua o un agente sacrificial). Sin embargo, la escala de tiempo de recombinación de agujeros de electrones es generalmente de dos a tres veces más rápida que otros procesos de transferencia de electrones. Por lo tanto, el proceso de recombinación es obviamente perjudicial para la eficacia de un fotocatalizador semiconductor. La estrategia general para mejorar la eficiencia de la reducción de CO2 a través de fotocatálisis heterogénea se basa en las siguientes evidencias: (I) mejora de la superficie del catalizador para facilitar la transferencia de carga a la superficie(ii) modificación del catalizador con cocatalizadores adecuados para mejorar la separación de la carga, permitir la adsorción/activación de reactivos, y ayudar en el proceso de oxido-reducción.El método más corto para considerar un material eficaz es conocer el mecanismo de la reacción con el fin de entender mejor cómo funcionan los sitios fotocatalizadores activos. Lamentablemente, el mecanismo exacto de reducción de CO2 fotocatalítica sigue siendo ambiguo. Hay muchas preguntas abiertas sobre la vía exacta de la reacción, los efectos de las condiciones experimentales, el papel del cocatalizador y la selectividad y eficacia de todo el proceso. Una comprensión emergente del mecanismo, así como de los nuevos materiales, puede llevar la promesa del proceso de fotoreducción del CO2 a la realización en un futuro próximo. (Spanish)
    point in time
    14 January 2022
    0 references
    Loodusliku fotosünteesi imiteerimine, süsinikdioksiidi vähendamine tehissüsteemides annab juurdepääsu uue põlvkonna taastuvkütustele. Toatemperatuuril vesiniku säilitamisega seotud tehniliste probleemide tõttu saab CO2 redutseerivaid ühendeid, nagu metaani ja metanooli, kergete muudatustega kasutada praeguste energiaallikatena. Teisest küljest on CO2 kõrge energiasisaldusega süsivesinikeks muundamise tõhusus alles lapsekingades ning enne selle tehnoloogia ulatuslikku rakendamist on veel palju tööd teha. Üheks kriitiliseks piiranguks on see, et ükski kasutatav energiaallikas ei tohi toota rohkem CO2. Seda arvesse võttes kasvab huvi selle probleemi lahendamise vastu päikeseenergiat kasutava fotokatalüütilise meetodi abil. CO2 on süsinikuühendite hulgas üks stabiilsemaid ühendeid. Gaasiline CO2 on lineaarne ja sellel ei ole dipolaarset hetke. Ühe CO2 elektroni taandamine toimub väga negatiivse potentsiaaliga (–1,9 V vs ENH), mis on osaliselt tingitud energiast, mida on vaja lineaarse CO2 struktuuriliseks ümberkorraldamiseks, et vähendada CO2_-d. See energia on palju suurem kui olemasolevate fotokatalüsaatorite juhtivusribade vähendamise potentsiaal. Seetõttu hõlmab CO2 vähendamine esimese sammuna „aktiveerimist“, adsorptsiooni fotokatalüsaatori aktiivses kohas. Sellele järgneb prootonite ja multielektroronide ülekandmine adsorbeerunud/aktiveeritud CO2-le. Seda toodetakse suhteliselt madalal energial (–0,3–0,6V (NHE)). Sõltuvalt radadest ja reaktsioonitingimustest on võimalik saada erinevaid lõpptooteid. Seejärel on väga soovitav kontrollida valikulisust eelistatud toote (nt metanool, CO jne) suhtes, et kõrvaldada täiendav eraldamisprotsess, mis võib olla kulukas. Teisest küljest on CO2-heite vähendamiseks vajaliku mitme elektroonse ülekandeprotsessiga veel üks oluline väljakutse tõhusa fotokatalüütilise süsteemi väljatöötamisel: minimeerige elektronaugu rekombinatsioon. Elektron katalüsaatori juhtivusribalt adsorbeerunud/aktiveeritud CO2le peab toimuma kiiremini kui elektroniaugu rekombinatsioon (elektron kompenseeritakse seejärel elektroni doonoriga, nagu vesi või ohverdav aine). Siiski on elektronaugu rekombinatsiooni ajaskaala tavaliselt kaks kuni kolm korda kiirem kui teised elektronide ülekandeprotsessid. Seetõttu on rekombinatsiooniprotsess ilmselgelt kahjulik pooljuhtfotokatalüsaatori tõhususele. Üldine strateegia CO2 vähendamise tõhususe parandamiseks heterogeense fotokatalüüsiga põhineb järgmistel tõenditel: I) katalüsaatori pinna parandamine, et hõlbustada koormuse ülekandumist pinnale ii) katalüsaatori modifitseerimine sobivate kokatalüsaatoritega koormuse eraldamise parandamiseks, reaktiivide adsorptsiooni/aktiveerimise võimaldamiseks ja oksüdo-vähendamise protsessi abistamiseks.Lühim meetod tõhusa materjali kaalumiseks on teada reaktsioonimehhanismi, et paremini mõista, kuidas aktiivsed fotokatalüsaatorid toimivad. Kahjuks on fotokatalüütilise CO2-heite vähendamise täpne mehhanism endiselt ebaselge. On palju lahtisi küsimusi reaktsiooni täpse rada, katsetingimuste mõju, kokatalüsaatori rolli ning kogu protsessi selektiivsuse ja tõhususe kohta. Kujunemisjärgus arusaam mehhanismist ja uutest materjalidest võib tuua lähitulevikus ellu CO2 fotovähendamise protsessi. (Estonian)
    point in time
    11 August 2022
    0 references
    Imituojant natūralią fotosintezę, naudojant dirbtines sistemas išmetamo CO2 kiekio mažinimas suteikia galimybę naudoti naujos kartos atsinaujinančiųjų išteklių kurą. Dėl techninių problemų, susijusių su vandenilio laikymu kambario temperatūroje, kaip dabartiniai energijos šaltiniai gali būti lengvai naudojami CO2 mažinimo junginiai, pvz., metanas ir metanolis, su nedideliais pakeitimais. Kita vertus, CO2 konversijos į daug energijos suvartojančius angliavandenilius efektyvumas dar tik prasideda ir dar reikia daug nuveikti prieš pradedant taikyti šią technologiją dideliu mastu. Vienas iš svarbiausių apribojimų yra tas, kad bet koks naudojamas energijos šaltinis neturi gaminti daugiau CO2. Atsižvelgiant į tai, didėja susidomėjimas spręsti šią problemą fotokataliziniu metodu naudojant saulės energiją. CO2 yra vienas iš stabiliausių junginių tarp anglies junginių. Dujinis CO2 yra tiesinis ir neturi dipolinio momento. Išmetamo CO2 elektrono kiekis sumažinamas esant labai neigiamam potencialui (– 1,9 V, palyginti su ENH), iš dalies dėl energijos, kurios reikia struktūriniam linijiniam CO2 pertvarkymui į sujungtą CO2_. Ši energija yra daug didesnė už turimų fotokatalizatorių laidumo juostų sumažinimo potencialą. Todėl mažinant CO2 pirmiausia reikia „aktyvuoti“ adsorbciją aktyvioje fotokatalizatoriaus vietoje. Po šio etapo protonai ir daugiaelektronai perkeliami į adsorbuotą/aktyvintą CO2. Jis gaminamas palyginti mažai energijos (-0,3 – -0,6 V (NHE)). Priklausomai nuo kelio ir reakcijos sąlygų, galima gauti skirtingus galutinius produktus. Todėl labai pageidautina kontroliuoti selektyvumą tinkamiausio produkto (pvz., metanolio, CO ir kt.) atžvilgiu, kad būtų išvengta papildomo atskyrimo proceso, kuris gali būti brangus. Kita vertus, daugiaelektroninio perdavimo procesas, reikalingas CO2 mažinimui, yra dar vienas svarbus iššūkis kuriant veiksmingą fotokatalizinę sistemą: sumažinti elektronų duobučių rekombinaciją. Elektronų perkėlimas iš fotokatalizatoriaus laidumo juostos į adsorbuotą/aktyvuotą CO2 turi įvykti greičiau nei elektronų ir skylių rekombinacija (elektroną kompensuoja elektronų donoras, pvz., vanduo arba aukojimo agentas). Tačiau elektronų duobučių rekombinacijos laiko skalė paprastai yra nuo dviejų iki trijų kartų greitesnė nei kiti elektronų perdavimo procesai. Todėl rekombinacijos procesas akivaizdžiai kenkia puslaidininkių fotokatalizatoriaus efektyvumui. Bendra CO2 mažinimo efektyvumo didinimo vykdant heterogeninę fotokatalizaciją strategija grindžiama šiais įrodymais: I) katalizatoriaus paviršiaus gerinimas siekiant palengvinti apkrovos perkėlimą į paviršių(ii) katalizatoriaus modifikavimas tinkamais kokatalizatoriais, siekiant pagerinti apkrovos atskyrimą, leisti adsorbciją ir (arba) aktyvinti reagentus ir padėti oksido mažinimo procese. Trumpiausias būdas apsvarstyti veiksmingą medžiagą yra žinoti reakcijos mechanizmą, kad būtų galima geriau suprasti, kaip veikia aktyvios fotokatalizės vietos. Deja, tikslus fotokatalizinio CO2 mažinimo mechanizmas išlieka dviprasmiškas. Yra daug atvirų klausimų apie tikslų reakcijos kelią, eksperimentinių sąlygų poveikį, kokatalizatoriaus vaidmenį ir viso proceso selektyvumą ir efektyvumą. Naujas supratimas apie mechanizmą, taip pat naujas medžiagas, gali duoti pažadą, kad CO2 kiekio mažinimo procesas bus realizuotas artimiausioje ateityje. (Lithuanian)
    point in time
    11 August 2022
    0 references
    Oponašanjem prirodne fotosinteze, fotosmanjenjem CO2 u umjetnim sustavima omogućuje se pristup novoj generaciji obnovljivih goriva. Zbog tehničkih problema povezanih sa skladištenjem vodika na sobnoj temperaturi, redukcijski spojevi CO2 kao što su metan i metanol mogu se lako koristiti, uz manje izmjene, kao trenutačni izvori energije. S druge strane, učinkovitost pretvaranja CO2 u visokoenergetske ugljikovodike još je u djetinjstvu i još je potrebno mnogo posla prije primjene te tehnologije u velikim razmjerima. Jedno od ključnih ograničenja jest činjenica da nijedan upotrijebljeni izvor energije ne smije proizvoditi više CO2. S obzirom na to, postoji sve veći interes za rješavanje ovog problema fotokatalitičkom metodom pomoću solarne energije. CO2 je jedan od najstabilnijih spojeva među spojevima ugljika. Plinoviti CO2 linearan je i nema dipolarni trenutak. Smanjenje na jedan CO2 elektron događa se pri vrlo negativnim potencijalima (-1,9 V naspram ENH), djelomično zbog energije potrebne za strukturno preraspodjelu linearnog CO2 u premošćujući CO2_. Ova energija je mnogo veća od potencijala za smanjenje vodljivih traka dostupnih fotokatalizatora. Stoga, smanjenje CO2 uključuje „aktivaciju”, adsorpcijom na aktivnom mjestu fotokatalista, kao prvi korak. Nakon ovog koraka slijedi prijenos protona i višeelektrona na adsorbirani/aktivirani CO2. Proizvodi se na relativno niskim razinama energije (-0,3 – - 0,6V (NHE)). Ovisno o putovima i uvjetima reakcije, mogu se dobiti različiti konačni proizvodi. Nakon toga, kontrola selektivnosti prema preferiranom proizvodu (npr. metanol, CO itd.) vrlo je poželjna kako bi se uklonio dodatni postupak odvajanja koji može biti skup. S druge strane, proces prijenosa s više elektrotona potreban za smanjenje CO2 uključuje još jedan važan izazov u dizajnu učinkovitog fotokatalitičkog sustava: minimizirajte rekombinaciju elektronskog otvora. Elektronski prijenos iz fotokatalista vodljivosti u adsorbirani/aktivirani CO2 mora se odvijati brže od rekombinacije elektronskog otvora (elektron zatim kompenzira davatelj elektrona kao što je voda ili žrtveno sredstvo). Međutim, vremenska ljestvica rekombinacije elektronskog otvora obično je dva do tri puta brža od ostalih procesa prijenosa elektrona. Stoga je proces rekombinacije očito štetan za učinkovitost poluvodičkih fotokataliza.Opća strategija za poboljšanje učinkovitosti smanjenja CO2 kroz heterogenu fotokatalizu temelji se na sljedećim dokazima: (I) poboljšanje površine katalizatora kako bi se olakšao prijenos opterećenja na površinu(ii) modifikacija katalizatora odgovarajućim kokatalizatorima kako bi se poboljšalo odvajanje opterećenja, omogućilo adsorpciju/aktivaciju reagensa i pomoglo u procesu smanjenja oksido-redukcije.Najkraća metoda za razmatranje učinkovitog materijala je znati mehanizam reakcije kako bi se bolje razumjelo kako aktivna mjesta fotokatalizatora rade. Nažalost, točan mehanizam fotokatalitičkog smanjenja CO2 ostaje dvosmislen. Postoje mnoga otvorena pitanja o točnom putu reakcije, učincima eksperimentalnih uvjeta, ulozi kokatalizera te selektivnosti i učinkovitosti cijelog procesa. Novo razumijevanje mehanizma, kao i novih materijala, može donijeti obećanje o procesu fotosmanjenja CO2 u bliskoj budućnosti. (Croatian)
    point in time
    11 August 2022
    0 references
    Μιμούμενο τη φυσική φωτοσύνθεση, η φωτομείωση του CO2 σε τεχνητά συστήματα παρέχει πρόσβαση σε μια νέα γενιά ανανεώσιμων καυσίμων. Λόγω τεχνικών προβλημάτων που σχετίζονται με την αποθήκευση υδρογόνου σε θερμοκρασία δωματίου, οι ενώσεις αναγωγής CO2, όπως το μεθάνιο και η μεθανόλη, μπορούν να χρησιμοποιηθούν εύκολα, με μικρές τροποποιήσεις, ως τρέχουσες πηγές ενέργειας. Από την άλλη πλευρά, η αποδοτικότητα της μετατροπής του CO2 σε υδρογονάνθρακες υψηλής ενέργειας εξακολουθεί να βρίσκεται σε νηπιακό στάδιο και πρέπει να γίνουν πολλά ακόμη πριν από την εφαρμογή αυτής της τεχνολογίας σε μεγάλη κλίμακα. Ένας από τους κρίσιμους περιορισμούς είναι ότι οποιαδήποτε πηγή ενέργειας που χρησιμοποιείται δεν πρέπει να παράγει περισσότερο CO2. Δεδομένου αυτού, υπάρχει αυξανόμενο ενδιαφέρον για την επίλυση αυτού του προβλήματος με τη φωτοκαταλυτική μέθοδο με τη χρήση ηλιακής ενέργειας. Το CO2 είναι μία από τις πιο σταθερές ενώσεις μεταξύ των ενώσεων άνθρακα. Το αέριο CO2 είναι γραμμικό και δεν έχει διπολική ροπή. Η μείωση σε ένα ηλεκτρόνιο CO2 πραγματοποιείται με πολύ αρνητικές δυνατότητες (-1,9 V έναντι ENH), εν μέρει λόγω της ενέργειας που απαιτείται για τη δομική αναδιάταξη του γραμμικού CO2 σε γεφυρωμένο CO2_. Αυτή η ενέργεια είναι πολύ υψηλότερη από τη δυνατότητα μείωσης των ζωνών αγωγιμότητας των διαθέσιμων φωτοκαταλυτών. Ως εκ τούτου, η μείωση του CO2 συνεπάγεται «ενεργοποίηση», με προσρόφηση στο ενεργό σημείο του φωτοκαταλύτη, ως πρώτο βήμα. Το βήμα αυτό ακολουθείται από τη μεταφορά πρωτονίων και πολυηλεκτρονίων σε προσροφημένο/ενεργοποιημένο CO2. Παράγεται σε σχετικά χαμηλές μορφές ενέργειας (-0,3 — -0.6V (NHE)). Ανάλογα με τις οδούς και τις συνθήκες αντίδρασης, μπορούν να ληφθούν διαφορετικά τελικά προϊόντα. Στη συνέχεια, ο έλεγχος της επιλεκτικότητας προς ένα προτιμώμενο προϊόν (π.χ. μεθανόλη, CO κ.λπ.) είναι ιδιαίτερα επιθυμητός προκειμένου να εξαλειφθεί μια πρόσθετη διαδικασία διαχωρισμού που μπορεί να είναι δαπανηρή. Από την άλλη πλευρά, η διαδικασία μεταφοράς πολλαπλών ηλεκτρονίων που απαιτείται για τη μείωση του CO2 συνεπάγεται μια άλλη σημαντική πρόκληση στον σχεδιασμό ενός αποτελεσματικού φωτοκαταλυτικού συστήματος: ελαχιστοποιήστε τον ανασυνδυασμό ηλεκτρονίων-τρυπών. Η μεταφορά ηλεκτρονίων από τη ζώνη αγωγιμότητας φωτοκαταλύτη σε προσροφημένο/ενεργοποιημένο CO2 πρέπει να πραγματοποιείται ταχύτερα από τον ανασυνδυασμό της ηλεκτρονικής οπής (το ηλεκτρόνιο αντισταθμίζεται στη συνέχεια από δότη ηλεκτρονίων όπως νερό ή θυσιακό παράγοντα). Ωστόσο, η χρονική κλίμακα ανασυνδυασμού ηλεκτρονίων-τρυπών είναι γενικά δύο έως τρεις φορές ταχύτερη από άλλες διεργασίες μεταφοράς ηλεκτρονίων. Ως εκ τούτου, η διαδικασία ανασυνδυασμού είναι προφανώς επιζήμια για την αποτελεσματικότητα ενός φωτοκαταλύτη ημιαγωγών.Η γενική στρατηγική για τη βελτίωση της αποδοτικότητας της μείωσης του CO2 μέσω ετερογενούς φωτοκαταλύσεως βασίζεται στα ακόλουθα στοιχεία: (I) βελτίωση της επιφάνειας του καταλύτη για τη διευκόλυνση της μεταφοράς φορτίου στην επιφάνεια(ii) τροποποίηση του καταλύτη με κατάλληλα κοκαλιυστικά για τη βελτίωση του διαχωρισμού φορτίου, την παροχή της δυνατότητας προσρόφησης/ενεργοποίησης των αντιδραστηρίων, και την υποβοήθηση στη διαδικασία της μείωσης oxydo.Η συντομότερη μέθοδος για να εξεταστεί ένα αποτελεσματικό υλικό είναι να γνωρίζετε το μηχανισμό της αντίδρασης για να κατανοήσετε καλύτερα πώς λειτουργούν οι ενεργές θέσεις φωτοκαταλύτη. Δυστυχώς, ο ακριβής μηχανισμός μείωσης του φωτοκαταλυτικού CO2 παραμένει διφορούμενος. Υπάρχουν πολλά ανοικτά ερωτήματα σχετικά με την ακριβή πορεία της αντίδρασης, τα αποτελέσματα των πειραματικών συνθηκών, το ρόλο του κοκαλύτη και την επιλεκτικότητα και την αποτελεσματικότητα ολόκληρης της διαδικασίας. Μια αναδυόμενη κατανόηση του μηχανισμού, καθώς και νέων υλικών, μπορεί να φέρει την υπόσχεση της διαδικασίας της φωτομείωσης του CO2 στην υλοποίηση στο εγγύς μέλλον. (Greek)
    point in time
    11 August 2022
    0 references
    Fotoredukcia CO2 na umelých systémoch napodobňujúca prirodzenú fotosyntézu poskytuje prístup k novej generácii obnoviteľných palív. Vzhľadom na technické problémy súvisiace so skladovaním vodíka pri izbovej teplote sa zlúčeniny redukcie CO2, ako je metán a metanol, môžu ľahko používať s menšími úpravami ako súčasné zdroje energie. Na druhej strane, účinnosť premeny CO2 na vysokoenergetické uhľovodíky je stále v plienkach a ešte treba vykonať veľa práce pred tým, ako sa táto technológia začne uplatňovať vo veľkom rozsahu. Jednou z kritických obmedzení je, že akýkoľvek použitý zdroj energie nesmie produkovať viac CO2. Vzhľadom na to rastie záujem o vyriešenie tohto problému fotokatalytickou metódou pomocou solárnej energie. CO2 je jednou z najstabilnejších zlúčenín uhlíka. Plynný CO2 je lineárny a nemá dipolárny moment. K zníženiu na jeden CO2 elektrón dochádza pri veľmi negatívnom potenciáli (–1,9 V vs ENH), čiastočne v dôsledku energie potrebnej na štrukturálne preskupenie lineárneho CO2 na premostený CO2_. Táto energia je oveľa vyššia ako potenciál na zníženie vodivých pásov dostupných fotokatalyzátorov. Preto redukcia CO2 zahŕňa „aktiváciu“ adsorpciou na aktívnom mieste fotokatalysta, ako prvý krok. Po tomto kroku nasleduje prenos protónov a multielektrónov na adsorbovaný/aktivovaný CO2. Vyrába sa pri relatívne nízkych energiách (-0,3 – -0,6V (NHE)). V závislosti od ciest a reakčných podmienok je možné získať rôzne konečné produkty. Následne je veľmi žiaduca kontrola selektívnosti vo vzťahu k uprednostňovanému výrobku (napr. metanol, CO atď.), aby sa eliminoval ďalší proces oddeľovania, ktorý môže byť nákladný. Na druhej strane proces multielektronického prenosu potrebného na zníženie CO2 predstavuje ďalšiu dôležitú výzvu pri navrhovaní účinného fotokatalytického systému: minimalizujte rekombináciu elektrónových otvorov. Elektrónový prenos z fotokatalyzačného vedenia na adsorbovaný/aktivovaný CO2 musí nastať rýchlejšie ako rekombinácia elektrónových otvorov (elektrón je potom kompenzovaný darcom elektrónov, ako je voda alebo obetné činidlo). Časový rozsah rekombinácie elektrónových otvorov je však vo všeobecnosti dvakrát až trikrát rýchlejší ako iné procesy prenosu elektrónov. Preto je proces rekombinácie zjavne škodlivý pre účinnosť polovodičového fotokatalysta. Všeobecná stratégia na zlepšenie účinnosti znižovania emisií CO2 prostredníctvom heterogénnej fotokatalýzy je založená na týchto dôkazoch: (I) zlepšenie povrchu katalyzátora na uľahčenie prenosu zaťaženia na povrch (ii) modifikácia katalyzátora vhodnými kokatalyzérmi na zlepšenie oddelenia zaťaženia, umožnenie adsorpcie/aktivácie činidiel a pomoc pri procese redukcie oxydo. Najmenšia metóda na zváženie účinného materiálu je poznať mechanizmus reakcie s cieľom lepšie pochopiť, ako fungujú aktívne miesta fotokatalyzácie. Nanešťastie, presný mechanizmus fotokatalytickej redukcie CO2 zostáva nejednoznačný. Existuje veľa otvorených otázok o presnej ceste reakcie, účinkoch experimentálnych stavov, úlohe kokatalyzéra a selektivite a účinnosti celého procesu. Nové chápanie mechanizmu, ako aj nových materiálov môže priniesť prísľub procesu fotoredukcie CO2 k realizácii v blízkej budúcnosti. (Slovak)
    point in time
    11 August 2022
    0 references
    Luonnollisen fotosynteesin jäljitteleminen, hiilidioksidin vähentäminen keinotekoisissa järjestelmissä tarjoaa pääsyn uuden sukupolven uusiutuviin polttoaineisiin. Huoneenlämmössä tapahtuvaan vedyn varastointiin liittyvien teknisten ongelmien vuoksi metaanin ja metanolin kaltaisia hiilidioksidin vähennysyhdisteitä voidaan käyttää helposti pienin muutoksin nykyisinä energianlähteinä. Toisaalta hiilidioksidin muuntaminen energiapitoisiksi hiilivedyiksi on vielä lapsenkengissä, ja paljon työtä on vielä tehtävä ennen tämän teknologian laajamittaista soveltamista. Yksi kriittisistä rajoituksista on se, että mikään käytetty energialähde ei saa tuottaa enemmän hiilidioksidia. Tämän vuoksi on yhä enemmän kiinnostusta ratkaista tämä ongelma fotokatalyyttisellä menetelmällä, jossa käytetään aurinkoenergiaa. Hiilidioksidi on yksi hiiliyhdisteiden vakaimmista yhdisteistä. Kaasumainen CO2 on lineaarinen eikä siinä ole dipolaarista hetkeä. Vähennys yhteen hiilidioksidielektroniin tapahtuu erittäin negatiivisella potentiaalilla (-1,9 V vs ENH), mikä johtuu osittain siitä energiasta, jota tarvitaan lineaarisen hiilidioksidin rakenteelliseen uudelleenjärjestämiseen sillanalaisen CO2:n kanssa. Tämä energia on paljon suurempi kuin mahdollisuudet vähentää johtumiskaistat saatavilla fotokatalyyttien. Siksi hiilidioksidin vähentäminen merkitsee ”aktivointia” adsorptiolla fotokatalysaattorin aktiiviseen kohtaan ensimmäisenä vaiheena. Tämän jälkeen protonit ja monielektronit siirretään adsorboituun/aktivoituun CO2:een. Sitä tuotetaan suhteellisen alhaisella energialla (-0,3–0,6V (NHE)). Reitin ja reaktio-olosuhteiden mukaan voidaan saada erilaisia lopputuotteita. Tämän jälkeen on erittäin toivottavaa valvoa valikoivuutta suhteessa haluttuun tuotteeseen (esim. metanoli, hiilimonoksidi jne.), jotta voidaan poistaa ylimääräinen erotteluprosessi, joka voi olla kallis. Toisaalta hiilidioksidipäästöjen vähentämiseen tarvittava monen elektrolyytin siirtoprosessi on toinen tärkeä haaste tehokkaan fotokatalyyttisen järjestelmän suunnittelussa: minimoidaan elektronireiän rekombinaatio. Elektronin siirron fotokatalyytin johtumiskaistasta adsorboituun/aktivoituun CO2:een on tapahduttava nopeammin kuin elektronireiän rekombinaatio (elektronia kompensoidaan sitten elektronin luovuttajalla, kuten vedellä tai uhrilla). Elektronireiän rekombinointiaika-asteikko on kuitenkin yleensä kaksi tai kolme kertaa nopeampi kuin muut elektroninsiirtoprosessit. Siksi rekombinointiprosessi on selvästi haitallinen puolijohdevalokatalysaattorin vaikuttavuudelle.Yleinen strategia hiilidioksidipäästöjen vähentämisen tehostamiseksi heterogeenisen fotokatalyysin avulla perustuu seuraaviin todisteisiin: (I) katalysaattorin pinnan parantaminen kuormituksen siirtämiseksi pinnalle ii) katalysaattorin muuttaminen sopivilla kokatalysaattoreilla kuormituksen erottamisen parantamiseksi, reagenssien adsorption/aktivoinnin mahdollistamiseksi ja oksido-vähentämisprosessin avustamiseksi. Lyhyin menetelmä tehokkaan materiaalin harkitsemiseksi on tietää reaktiomekanismi, jotta voidaan paremmin ymmärtää, miten aktiiviset fotokatalyyttipaikat toimivat. Valitettavasti valokatalyyttisen hiilidioksidipäästöjen vähentämisen tarkka mekanismi on edelleen epäselvä. On monia avoimia kysymyksiä, jotka koskevat reaktion tarkkaa polkua, kokeellisten olosuhteiden vaikutuksia, kokatalysaattorin roolia sekä koko prosessin valikoivuutta ja tehokkuutta. Kehittymässä oleva käsitys mekanismista ja uusista materiaaleista voi tuoda lupauksen hiilidioksidin valovähennysprosessista toteutumaan lähitulevaisuudessa. (Finnish)
    point in time
    11 August 2022
    0 references
    Imitując naturalną fotosyntezę, fotoredukcja CO2 w sztucznych systemach zapewnia dostęp do nowej generacji paliw odnawialnych. Ze względu na problemy techniczne związane z przechowywaniem wodoru w temperaturze pokojowej można łatwo stosować związki redukcyjne CO2, takie jak metan i metanol, z niewielkimi modyfikacjami, jako obecne źródła energii. Z drugiej strony wydajność przekształcania CO2 w węglowodory wysokoenergetyczne jest nadal w powijakach i przed zastosowaniem tej technologii na dużą skalę pozostaje wiele do zrobienia. Jednym z krytycznych ograniczeń jest to, że żadne źródło energii nie może wytwarzać więcej CO2. Biorąc to pod uwagę, rośnie zainteresowanie rozwiązaniem tego problemu metodą fotokatalityczną wykorzystującą energię słoneczną. CO2 jest jednym z najbardziej stabilnych związków związków węgla. Gazowy CO2 jest liniowy i nie ma momentu dipolarnego. Redukcja do jednego elektronu CO2 występuje przy bardzo ujemnych potencjale (-1,9 V vs ENH), częściowo ze względu na energię niezbędną do strukturalnego przegrupowania liniowego CO2 w celu wypełnienia CO2_. Energia ta jest znacznie wyższa niż potencjał redukcji pasm przewodzenia dostępnych fotokatalizatorów. Dlatego redukcja CO2 polega na „aktywacji” przez adsorpcję w aktywnym miejscu fotokatalizatora, jako pierwszy krok. Po tym etapie następuje przeniesienie protonów i multielektronów do adsorbowanego/aktywowanego CO2. Wytwarzana jest przy stosunkowo niskiej energii (-0,3 – -0,6V (NHE)). W zależności od ścieżek i warunków reakcji można uzyskać różne produkty końcowe. W związku z tym wysoce pożądana jest kontrola selektywności w stosunku do preferowanego produktu (np. metanolu, CO itp.) w celu wyeliminowania dodatkowego procesu rozdzielania, który może być kosztowny. Z drugiej strony proces przenoszenia wieloelektronowego wymaganego do redukcji CO2 wiąże się z kolejnym ważnym wyzwaniem w projektowaniu skutecznego systemu fotokatalitycznego: zminimalizuj rekombinację otworu elektronowego. Transfer elektronów z pasma przewodzenia fotokatalistu do adsorbowanego/aktywowanego CO2 musi nastąpić szybciej niż rekombinacja otworu elektronowego (elektron jest następnie kompensowany przez dawcę elektronów, takiego jak woda lub środek ofiarny). Jednak skala czasowa rekombinacji otworu elektronowego jest zazwyczaj dwa do trzech razy szybsza niż inne procesy transferu elektronów. Dlatego proces rekombinacji jest oczywiście szkodliwy dla skuteczności fotokatalizatora półprzewodnikowego.Ogólna strategia poprawy efektywności redukcji CO2 poprzez niejednorodną fotokatalizę opiera się na następujących dowodach: (I) poprawa powierzchni katalizatora w celu ułatwienia przenoszenia obciążenia na powierzchnię (ii) modyfikacja katalizatora za pomocą odpowiednich kokatalizatorów w celu poprawy rozdzielenia obciążenia, umożliwienia adsorpcji/aktywacji odczynników oraz wspomagania procesu redukcji oksydo.Najkrótszą metodą rozważenia skutecznego materiału jest poznanie mechanizmu reakcji, aby lepiej zrozumieć, jak działają aktywne miejsca fotokatalistów. Niestety, dokładny mechanizm redukcji fotokatalitycznej CO2 pozostaje niejednoznaczny. Istnieje wiele otwartych pytań dotyczących dokładnej ścieżki reakcji, skutków warunków doświadczalnych, roli kokatalizatora oraz selektywności i skuteczności całego procesu. Wyłaniające się zrozumienie mechanizmu, a także nowych materiałów, może przynieść obietnicę procesu fotoredukcji CO2 do realizacji w najbliższej przyszłości. (Polish)
    point in time
    11 August 2022
    0 references
    A természetes fotoszintézis utánzása, a szén-dioxid-kibocsátás mesterséges rendszereken történő csökkentése új generációs megújuló üzemanyagokhoz biztosít hozzáférést. A szobahőmérsékleten történő hidrogéntárolással kapcsolatos műszaki problémák miatt a szén-dioxid-csökkentő vegyületek, mint például a metán és a metanol, könnyen használhatók, kisebb módosításokkal, jelenlegi energiaforrásokként. Másrészt a CO2 nagy energiájú szénhidrogénekké történő átalakításának hatékonysága még gyerekcipőben jár, és még sok a tennivaló e technológia nagy léptékű alkalmazása előtt. Az egyik kritikus korlát az, hogy a felhasznált energiahordozók nem termelhetnek több CO2-t. Ennek fényében egyre nagyobb az érdeklődés a probléma fotokatalitikus módszerrel történő, napenergiával történő megoldása iránt. A szén-dioxid az egyik legstabilabb vegyület a szénvegyületek között. A gáz-halmazállapotú CO2 lineáris, és nincs dipoláris pillanata. Az egy szén-dioxid elektronra történő csökkentés nagyon negatív potenciállal (-1,9 V vs ENH) történik, részben a lineáris CO2 áthidalt CO2_ közötti szerkezeti átrendezéséhez szükséges energiának köszönhetően. Ez az energia sokkal nagyobb, mint a rendelkezésre álló fotokatalizátorok vezetési sávjainak csökkentése. Ezért a CO2-csökkentés első lépésként „aktiválást” jelent a fotokatalizátor aktív helyén történő adszorpcióval. Ezt a lépést protonok és multielektronok adszorbeált/aktivált CO2-be történő átvitele követi. Viszonylag alacsony energiákkal állítják elő (-0,3 – -0,6V (NHE)). Az útvonalaktól és a reakcióviszonyoktól függően különböző végtermékeket lehet előállítani. Ezt követően az előnyben részesített termékkel (pl. metanol, szén-monoxid stb.) szembeni szelektivitás ellenőrzése rendkívül kívánatos egy további, költséges szétválasztási folyamat kiküszöbölése érdekében. Másrészt a CO2-csökkentéshez szükséges több elektróda-átviteli folyamat egy másik fontos kihívást jelent a hatékony fotokatalitikus rendszer kialakítása során: minimalizálja az elektron-lyuk rekombinációt. Az elektronátvitelnek a fotokatalizátor-vezetési sávból az adszorbeált/aktivált CO2-be gyorsabban kell történnie, mint az elektronlyuk rekombinációja (az elektront ezután elektrondonorral, például vízzel vagy áldozati szerrel kompenzálják). Az elektronlyuk rekombinációs időskálája azonban általában két-háromszor gyorsabb, mint más elektronátviteli folyamatok. Ezért a rekombinációs folyamat nyilvánvalóan káros a félvezető fotokatalizátorok hatékonyságára.A heterogén fotokatalízissel történő szén-dioxid-csökkentés hatékonyságának javítására irányuló általános stratégia a következő bizonyítékokon alapul: I. a katalizátor felületének javítása, hogy megkönnyítse a terhelésátvitelt a felületre(ii) a katalizátor módosítása a megfelelő kokatalizátorokkal a terhelés szétválasztásának javítása, a reagensek adszorpciójának/aktiválásának lehetővé tétele és az oxido-csökkentés folyamatának segítése érdekében.A leghatékonyabb anyag mérlegelésének legrövidebb módszere a reakció mechanizmusának ismerete annak érdekében, hogy jobban megértsük, hogyan működnek az aktív fotokatalizátorok. Sajnos a fotokatalitikus szén-dioxid-kibocsátás csökkentésének pontos mechanizmusa továbbra is kétértelmű. Sok nyitott kérdés van a reakció pontos útvonaláról, a kísérleti körülmények hatásairól, a kokatalizátor szerepéről, valamint az egész folyamat szelektivitásáról és hatékonyságáról. A mechanizmus, valamint az új anyagok új megértése a közeljövőben megvalósíthatja a szén-dioxid fotodukciós folyamatának ígéretét. (Hungarian)
    point in time
    11 August 2022
    0 references
    Napodobující přirozenou fotosyntézu, fotoredukce CO2 na umělých systémech poskytuje přístup k nové generaci obnovitelných paliv. Vzhledem k technickým problémům spojeným se skladováním vodíku při pokojové teplotě mohou být jako současné zdroje energie snadno použity redukční sloučeniny CO2, jako je methan a methanol, s menšími úpravami. Na druhé straně je účinnost přeměny CO2 na uhlovodíky s vysokou spotřebou energie stále v plenkách a před použitím této technologie ve velkém měřítku je ještě třeba vykonat mnoho práce. Jedním z kritických omezení je skutečnost, že žádný použitý zdroj energie nesmí vyprodukovat více CO2. Vzhledem k tomu roste zájem o řešení tohoto problému fotokatalytickou metodou pomocí solární energie. CO2 je jednou z nejstabilnějších sloučenin uhlíku. Plynný CO2 je lineární a nemá dipolární moment. K redukci na jeden elektron CO2 dochází při velmi negativním potenciálu (-1,9 V oproti ENH), částečně kvůli energii potřebné pro strukturální přeskupení lineárního CO2 na překlenovací CO2_. Tato energie je mnohem vyšší než potenciál pro snížení vodicích pásem dostupných fotokatalyzátorů. Snížení emisí CO2 tedy zahrnuje „aktivaci“ adsorpcí v aktivním místě fotokatalyzátoru jako první krok. Po tomto kroku následuje přenos protonů a multielektronů na adsorbovaný/aktivovaný CO2. Vyrábí se při relativně nízkých energiích (-0,3 – -0,6V (NHE)). V závislosti na způsobech a reakčních podmínkách lze získat různé konečné produkty. Kontrola selektivity upřednostňovaného produktu (např. methanolu, CO atd.) je následně velmi žádoucí, aby se vyloučil další proces separace, který může být nákladný. Na druhé straně proces multielektronového přenosu potřebného pro snížení emisí CO2 představuje další důležitou výzvu při navrhování účinného fotokatalytického systému: minimalizujte rekombinaci elektronových jamek. Přenos elektronů z vodicího pásma fotokatalyzátoru do adsorbovaného/aktivovaného CO2 musí probíhat rychleji než rekombinace elektronových otvorů (elektron je poté kompenzován dárcem elektronů, jako je voda nebo obětní činidlo). Časová stupnice rekombinace elektronů je však obvykle dvakrát až třikrát rychlejší než jiné procesy přenosu elektronů. Rekombinační proces je proto zjevně škodlivý pro účinnost polovodičového fotokatalyzátoru. Obecná strategie pro zlepšení účinnosti snižování emisí CO2 prostřednictvím heterogenní fotokatalýzy je založena na následujících důkazech: I) zlepšení povrchu katalyzátoru, aby se usnadnil přenos zatížení na povrch(ii) modifikace katalyzátoru pomocí vhodných kokatalyzátorů pro zlepšení oddělení zatížení, umožnění adsorpce/aktivace činidel a pomoc při procesu redukce oxydo.Nejkratší metodou, jak zvážit účinný materiál, je znát mechanismus reakce, aby bylo možné lépe pochopit, jak aktivní fotokatalystová místa fungují. Přesný mechanismus fotokatalytického snižování CO2 bohužel zůstává nejednoznačný. Existuje mnoho otevřených otázek ohledně přesné cesty reakce, účinků experimentálních podmínek, role kokatalyzátoru a selektivity a účinnosti celého procesu. Nově vznikající porozumění mechanismu, stejně jako novým materiálům, může přinést slib procesu fotoredukce CO2 k realizaci v blízké budoucnosti. (Czech)
    point in time
    11 August 2022
    0 references
    Atdarinot dabisko fotosintēzi, CO2 fotosamazināšana uz mākslīgām sistēmām nodrošina piekļuvi jaunai atjaunojamās degvielas paaudzei. Tehnisku problēmu dēļ, kas saistītas ar ūdeņraža uzglabāšanu istabas temperatūrā, CO2 samazināšanas savienojumus, piemēram, metānu un metanolu, var viegli izmantot kā pašreizējos enerģijas avotus ar nelielām izmaiņām. No otras puses, CO2 pārveidošanas efektivitāte ogļūdeņraža ražošanā ar augstu enerģijas patēriņu joprojām ir attīstības sākumstadijā, un vēl ir daudz darāmā, pirms šo tehnoloģiju plaši izmanto. Viens no kritiskajiem ierobežojumiem ir tas, ka neviens izmantotais enerģijas avots nedrīkst radīt vairāk CO2. Ņemot to vērā, pieaug interese atrisināt šo problēmu, izmantojot fotokatalītisko metodi, izmantojot saules enerģiju. CO2 ir viens no stabilākajiem savienojumiem starp oglekļa savienojumiem. Gāzveida CO2 ir lineārs, un tam nav dipolāra momenta. Samazinājums līdz vienam CO2 elektronam notiek ar ļoti negatīvu potenciālu (-1,9 V vs ENH), daļēji tāpēc, ka ir vajadzīga enerģija, kas vajadzīga lineāra CO2 strukturālai pārveidošanai par savienotu CO2_. Šī enerģija ir daudz augstāka nekā potenciāls samazināt vadīšanas joslas pieejamo fotokatalizatoru. Tāpēc CO2 samazināšana vispirms ietver “aktivāciju”, adsorbējot fotokatalizatora aktīvajā vietā. Šim solim seko protonu un multielectronu pārnešana uz adsorbētu/aktivētu CO2. To ražo pie relatīvi zemas enerģijas (-0,3 — -0,6V (NHE)). Atkarībā no reakcijas ceļiem un apstākļiem var iegūt dažādus galaproduktus. Pēc tam selektivitātes kontrole attiecībā uz vēlamo produktu (piemēram, metanolu, CO u. c.) ir ļoti vēlama, lai likvidētu papildu atdalīšanas procesu, kas var būt dārgs. No otras puses, CO2 samazināšanai nepieciešamais daudzelektronu pārneses process ir vēl viens svarīgs izaicinājums efektīvas fotokatalītiskās sistēmas izstrādē: minimizē elektronu caurumu rekombināciju. Elektronu pārnesei no fotokatalizatora vadīšanas joslas uz adsorbētu/aktivētu CO2 jānotiek ātrāk nekā elektronu caurumu rekombinācijai (elektronu tad kompensē elektronu donors, piemēram, ūdens vai upura aģents). Tomēr elektronu caurumu rekombinācijas laika skala parasti ir divas līdz trīs reizes ātrāka nekā citi elektronu pārneses procesi. Tāpēc rekombinācijas process acīmredzami kaitē pusvadītāju fotokatalizatora efektivitātei. Vispārējā stratēģija CO2 samazināšanas efektivitātes uzlabošanai, izmantojot neviendabīgu fotokatalīzi, ir balstīta uz šādiem pierādījumiem: (I) katalizatora virsmas uzlabošana, lai atvieglotu slodzes pārnesi uz virsmu(ii) katalizatora modifikācija ar piemērotiem kokatalizatoriem, lai uzlabotu slodzes atdalīšanu, ļautu adsorbēt/aktivizēt reaģentus un palīdzētu oksido samazināšanas procesā. Īsākā metode, kā apsvērt efektīvu materiālu, ir zināt reakcijas mehānismu, lai labāk izprastu, kā darbojas aktīvās fotokatalizatora vietas. Diemžēl precīzs fotokatalītiskās CO2 samazināšanas mehānisms joprojām ir neskaidrs. Ir daudz atklātu jautājumu par precīzu reakcijas ceļu, eksperimentālo apstākļu ietekmi, kokatalizatora lomu un visa procesa selektivitāti un efektivitāti. Jauna izpratne par mehānismu, kā arī jauni materiāli var dot solījumu par CO2 fotosamazināšanas procesu tuvākajā nākotnē. (Latvian)
    point in time
    11 August 2022
    0 references
    Trí aithris a dhéanamh ar fhótaisintéis nádúrtha, tugtar rochtain ar ghlúin nua breoslaí in-athnuaite do ghrianghraif laghdú CO2 ar chórais shaorga. Mar gheall ar fhadhbanna teicniúla a bhaineann le stóráil hidrigine ag teocht an tseomra, is féidir comhdhúile laghdaithe CO2 amhail meatán agus meatánól a úsáid go héasca, le mionathruithe, mar fhoinsí fuinnimh reatha. Ar an taobh eile, tá an éifeachtúlacht maidir le CO2 a thiontú go hidreacarbóin ardfhuinnimh fós ina thús agus tá go leor oibre fós le déanamh sula gcuirtear an teicneolaíocht seo i bhfeidhm ar scála mór. Ceann de na srianta criticiúla is ea nár cheart d’aon fhoinse fuinnimh a úsáidtear níos mó CO2 a tháirgeadh. Mar gheall air seo, tá suim atá ag fás i réiteach na faidhbe seo ag an modh fótacatalytic ag baint úsáide as fuinneamh na gréine. Tá CO2 ar cheann de na comhdhúile is cobhsaí i measc comhdhúile carbóin. Is é an CO2 gásach líneach agus nach bhfuil nóiméad dipolar. Tarlaíonn an laghdú go leictreon CO2 amháin ag poitéinseal an-diúltach (-1.9 V vs ENH), i bpáirt mar gheall ar an bhfuinneamh is gá chun athchóiriú struchtúrach a dhéanamh ar CO2 líneach go dtí CO2_ idirlinne. Tá an fuinneamh seo i bhfad níos airde ná an cumas chun bannaí seolta fótacatalysts atá ar fáil a laghdú. Dá bhrí sin, baineann “gníomhachtú” le laghdú CO2, trí asú ar shuíomh gníomhach an photocatalyst, mar chéad chéim. Leanann an chéim seo prótóin agus iltoghcháin a aistriú chuig adsorbed/gníomhachtaithe CO2. Tá sé a tháirgtear ag fuinneamh réasúnta íseal (-0.3 — -0.6V (NHE)). Ag brath ar na conairí agus na coinníollacha imoibriúcháin, is féidir táirgí deiridh éagsúla a fháil. Ina dhiaidh sin, tá sé an-inmhianaithe roghnaíocht a rialú i dtreo táirge tosaíochta (e.g. meatánól, CO, etc.) chun deireadh a chur le próiseas deighilte breise a d’fhéadfadh a bheith costasach. Ar an taobh eile, is dúshlán tábhachtach eile é an próiseas aistrithe illeictrigh a theastaíonn chun CO2 a laghdú agus córas fótacataíoch éifeachtach á dhearadh: Íoslaghdaigh recombination leictreon-poll. Caithfidh aistriú leictreon ón mbanda seolta fótacataí chuig CO2 adsorbed/gníomhachtaithe tarlú níos tapúla ná an t-athchuingriú poll leictreon (déantar an leictreon a chúiteamh ansin le deontóir leictreon cosúil le huisce nó oibreán íobartach). Mar sin féin, is é an scála ama athchuingreach leictreon-poll go ginearálta dhá nó trí huaire níos tapúla ná próisis aistrithe leictreon eile. Dá bhrí sin, is léir go ndéanann an próiseas athchuingreach dochar d’éifeachtacht fótacatalyst leathsheoltóra.Tá an straitéis ghinearálta chun éifeachtúlacht laghdú CO2 a fheabhsú trí fhótacatanailís ilchineálach bunaithe ar an bhfianaise seo a leanas: (I) feabhas a chur ar dhromchla an chatalaíoch chun aistriú ualaigh chuig an dromchla a éascú (ii) modhnú an chatalaíoch le cocatalysers oiriúnacha chun scaradh ualach a fheabhsú, chun imoibrithe a asú/a ghníomhachtú, agus cabhrú leis an bpróiseas Oxydo-laghdú. Ar an drochuair, tá meicníocht bheacht an laghdaithe fótacatailítigh CO2 débhríoch fós. Tá go leor ceisteanna oscailte ann maidir le cosán cruinn an imoibrithe, éifeachtaí na gcoinníollacha turgnamhacha, ról an cocatalyser, agus roghnaíocht agus éifeachtacht an phróisis iomláin. Is féidir le tuiscint atá ag teacht chun cinn ar an meicníocht, chomh maith le hábhair nua, an gealltanas a thabhairt maidir leis an bpróiseas fótai-laghdaithe CO2 a chur i gcrích go luath amach anseo. (Irish)
    point in time
    11 August 2022
    0 references
    Posnemanje naravne fotosinteze, zmanjšanje števila CO2 na umetnih sistemih omogoča dostop do nove generacije obnovljivih goriv. Zaradi tehničnih težav, povezanih s shranjevanjem vodika pri sobni temperaturi, se lahko spojine za zmanjšanje emisij CO2, kot sta metan in metanol, enostavno uporabljajo kot sedanji viri energije z manjšimi spremembami. Po drugi strani pa je učinkovitost pretvorbe CO2 v visokoenergijske ogljikovodike še vedno v povojih in pred uporabo te tehnologije v velikem obsegu je treba opraviti še veliko dela. Ena od ključnih omejitev je, da noben uporabljeni vir energije ne sme proizvajati več CO2. Glede na to obstaja vse večje zanimanje za rešitev tega problema s fotokatalitično metodo z uporabo sončne energije. CO2 je ena najbolj stabilnih spojin med ogljikovimi spojinami. Plinasti CO2 je linearen in nima dipolarnega momenta. Do zmanjšanja na en elektron CO2 pride z zelo negativnim potencialom (-1,9 V vs ENH), deloma zaradi energije, potrebne za strukturno preureditev linearnega CO2 na premostitev CO2_. Ta energija je veliko večja od možnosti za zmanjšanje prevodnih pasov razpoložljivih fotokatalizatorjev. Zato zmanjšanje CO2 vključuje „aktivacijo“ z adsorpcijo na aktivnem mestu fotokatalizatorja kot prvi korak. Temu koraku sledi prenos protonov in večelektronov v adsorbiran/aktiviran CO2. Proizvaja se pri relativno nizki energiji (-0,3 – -0.6V (NHE)). Odvisno od poti in reakcijskih pogojev je mogoče dobiti različne končne produkte. Posledično je nadzor selektivnosti do prednostnega izdelka (npr. metanol, CO itd.) zelo zaželen, da se odpravi dodaten postopek ločevanja, ki je lahko drag. Po drugi strani pa proces prenosa več elektronov, ki je potreben za zmanjšanje CO2, vključuje še en pomemben izziv pri oblikovanju učinkovitega fotokatalitičnega sistema: zmanjšajte rekombinacijo elektronskih lukenj. Prenos elektronov iz fotokatalizacijskega pasu v adsorbiran/aktiviran CO2 se mora zgoditi hitreje kot rekombinacija elektronskih lukenj (elektron nato kompenzira darovalec elektronov, kot je voda ali žrtvovalno sredstvo). Vendar pa je časovna lestvica rekombinacije elektronov običajno dva do trikrat hitrejša od drugih procesov prenosa elektronov. Zato postopek rekombinacije očitno škoduje učinkovitosti polprevodniškega fotokataliza.Splošna strategija za izboljšanje učinkovitosti zmanjševanja CO2 s heterogeno fotokatalizo temelji na naslednjih dokazih: (I) izboljšanje površine katalizatorja, da se olajša prenos obremenitve na površino(ii) modifikacija katalizatorja z ustreznimi kokatalizatorji za izboljšanje ločevanja obremenitve, omogočanje adsorpcije/aktivacije reagentov in pomoč pri procesu oksido redukcije.Najkrajša metoda za razmislek o učinkovitem materialu je poznati mehanizem reakcije, da bi bolje razumeli, kako delujejo aktivna fotokatalizacijska mesta. Na žalost je natančen mehanizem za zmanjšanje fotokatalizacijskega CO2 še vedno dvoumen. Obstaja veliko odprtih vprašanj o natančni poti reakcije, učinkih eksperimentalnih pogojev, vlogi kokatalizerja ter selektivnosti in učinkovitosti celotnega procesa. Z nastajajočim razumevanjem mehanizma in novih materialov se lahko v bližnji prihodnosti uresničijo obljube o procesu fotozmanjšanja CO2. (Slovenian)
    point in time
    11 August 2022
    0 references
    Имитирайки естествена фотосинтеза, фотонамаляването на CO2 върху изкуствени системи осигурява достъп до ново поколение възобновяеми горива. Поради технически проблеми, свързани със съхранението на водород при стайна температура, съединенията за намаляване на CO2, като метан и метанол, могат лесно да се използват, с незначителни изменения, като текущи енергийни източници. От друга страна, ефективността на преобразуването на CO2 във високоенергийни въглеводороди все още е в начален стадий и предстои много работа преди прилагането на тази технология в голям мащаб. Едно от критичните ограничения е, че всеки използван енергиен източник не трябва да произвежда повече CO2. Като се има предвид това, има нарастващ интерес към решаването на този проблем чрез фотокаталитичния метод с използване на слънчева енергия. CO2 е едно от най-стабилните съединения сред въглеродните съединения. Газообразният CO2 е линеен и няма диполярен момент. Намалението до един електрон на CO2 се получава при много отрицателни потенциали (-1,9 V спрямо ENH), отчасти поради енергията, необходима за структурно пренареждане на линейния CO2 към CO2_. Тази енергия е много по-висока от потенциала за намаляване на проводимите ленти на наличните фотокатализатори. Следователно намаляването на CO2 включва „активиране“ чрез адсорбция на активната точка на фотокатализата като първа стъпка. Тази стъпка е последвана от прехвърляне на протони и мултиелектрони към адсорбиран/активиран CO2. Произвежда се при относително ниски енергии (-0,3 — -0,6V (NHE)). В зависимост от начините и условията на реакция могат да бъдат получени различни крайни продукти. Впоследствие е много желателно да се контролира селективността към предпочитан продукт (напр. метанол, CO и т.н.), за да се премахне допълнителен процес на разделяне, който може да бъде скъп. От друга страна, процесът на мултиелектронен пренос, необходим за намаляване на емисиите на CO2, е свързан с друго важно предизвикателство при проектирането на ефективна фотокаталитична система: минимизиране на рекомбинацията на електронния отвор. Преносът на електрони от лентата на проводимостта на фотокатализата към адсорбиран/активиран CO2 трябва да се извършва по-бързо от рекомбинацията на електронния отвор (след това електронът се компенсира от електронен донор като вода или жертвен агент). Въпреки това, времевата скала за рекомбинация на електронния отвор обикновено е два до три пъти по-бърза от другите процеси на пренос на електрони. Следователно процесът на рекомбинация очевидно е в ущърб на ефективността на полупроводников фотокатализа. Общата стратегия за подобряване на ефективността на намаляването на CO2 чрез хетерогенна фотокатализа се основава на следните доказателства: (I) подобряване на повърхността на катализатора, за да се улесни прехвърлянето на товара към повърхността(ii) модификация на катализатора с подходящи кокатализатори, за да се подобри разделянето на товара, да се позволи адсорбция/активиране на реагентите и да се подпомогне процесът на намаляване на оксидото.Най-краткият метод за разглеждане на ефективен материал е да се знае механизмът на реакцията, за да се разбере по-добре как функционират активните фотокатализатори. За съжаление точният механизъм на фотокаталитично намаляване на CO2 остава двусмислен. Има много отворени въпроси за точния път на реакцията, ефектите от експерименталните условия, ролята на кокатализера и селективността и ефективността на целия процес. Новопоявяващото се разбиране за механизма, както и за новите материали, може да доведе до реализирането на обещанието за процеса на фотонамаляване на CO2 в близко бъдеще. (Bulgarian)
    point in time
    11 August 2022
    0 references
    L-imitazzjoni tal-fotosinteżi naturali, il-fototnaqqis tas-CO2 fuq sistemi artifiċjali jipprovdi aċċess għal ġenerazzjoni ġdida ta’ fjuwils rinnovabbli. Minħabba problemi tekniċi relatati mal-ħżin tal-idroġenu f’temperatura ambjentali, il-komposti għat-tnaqqis tas-CO2 bħall-metan u l-metanol jistgħu jintużaw faċilment, b’modifiki żgħar, bħala sorsi attwali tal-enerġija. Min-naħa l-oħra, l-effiċjenza tal-konverżjoni tas-CO2 f’idrokarburi b’enerġija għolja għadha fil-bidu tagħha u għad fadal ħafna xogħol xi jsir qabel ma din it-teknoloġija tiġi applikata fuq skala kbira. Waħda mir-restrizzjonijiet kritiċi hija li kwalunkwe sors ta’ enerġija użat m’għandux jipproduċi aktar CO2. Minħabba dan, hemm interess dejjem jikber biex isolvu din il-problema bil-metodu photocatalytic jużaw l-enerġija solari. Is-CO2 huwa wieħed mill-aktar komposti stabbli fost il-komposti tal-karbonju. Is-CO2 gassuż huwa lineari u m’għandux mument dipolari. It-tnaqqis għal elettron ta’ CO2 wieħed iseħħ f’potenzjali negattivi ħafna (-1.9 V vs ENH), parzjalment minħabba l-enerġija meħtieġa għal riarranġament strutturali ta’ CO2 lineari għal CO2_. Din l-enerġija hija ħafna ogħla mill-potenzjal għat-tnaqqis tal-meded konduzzjoni ta ‘fotokatalisti disponibbli. Għalhekk, it-tnaqqis tas-CO2 jinvolvi “attivazzjoni”, permezz ta’ assorbiment fis-sit attiv tal-fotokatalista, bħala l-ewwel pass. Dan il-pass huwa segwit mit-trasferiment ta’ protoni u multielectrons għal CO2 adsorbit/attivat. Huwa prodott b’enerġiji relattivament baxxi (-0.3 — -0.6V (NHE)). Skont il-mogħdijiet u l-kundizzjonijiet ta’ reazzjoni, jistgħu jinkisbu prodotti finali differenti. Sussegwentement, il-kontroll tas-selettività lejn prodott preferut (eż. il-metanol, is-CO, eċċ.) huwa mixtieq ħafna sabiex jiġi eliminat proċess addizzjonali ta’ separazzjoni li jista’ jkun għali. Min-naħa l-oħra, il-proċess ta’ trasferiment ta’ diversi elettroni meħtieġ għat-tnaqqis tas-CO2 jinvolvi sfida importanti oħra fit-tfassil ta’ sistema fotokatalitika effettiva: jimminimizzaw ir-rikombinazzjoni tat-toqba tal-elettroni. It-trasferiment tal-elettroni mill-banda ta’ konduzzjoni tal-fotokatalista għal CO2 assorbit/attivat għandu jseħħ aktar malajr mir-rikombinazzjoni tat-toqba tal-elettroni (l-elettroni mbagħad jiġi kkumpensat minn donatur tal-elettroni bħall-ilma jew aġent sacrificial). Madankollu, l-iskala ta ‘żmien ta’ rikombinazzjoni tat-toqba tal-elettroni hija ġeneralment darbtejn jew tliet darbiet aktar mgħaġġla minn proċessi oħra ta ‘trasferiment ta’ elettroni. Għalhekk, il-proċess ta’ rikombinazzjoni huwa ovvjament ta’ detriment għall-effettività ta’ fotokatalista tas-semikondutturi. L-istrateġija ġenerali għat-titjib tal-effiċjenza tat-tnaqqis tas-CO2 permezz ta’ fotokataliżi eteroġenja hija bbażata fuq l-evidenza li ġejja: (I) titjib tal-wiċċ tal-katalizzatur biex jiffaċilita t-trasferiment tat-tagħbija lejn il-wiċċ (ii) il-modifika tal-katalizzatur b’kokatalizzaturi xierqa biex itejbu s-separazzjoni tat-tagħbija, jippermettu l-assorbiment/l-attivazzjoni tar-reaġenti, u jassistu fil-proċess ta ‘tnaqqis ta’ oxydo. L-iqsar metodu biex jiġi kkunsidrat materjal effettiv huwa li tkun taf il-mekkaniżmu tar-reazzjoni sabiex tifhem aħjar kif joperaw is-siti fotokatalisti attivi. Sfortunatament, il-mekkaniżmu eżatt tat-tnaqqis fotokatalitiku tas-CO2 jibqa’ ambigwu. Hemm ħafna mistoqsijiet miftuħa dwar il-mogħdija eżatta tar-reazzjoni, l-effetti ta ‘kundizzjonijiet sperimentali, ir-rwol tal-cocatalyser, u s-selettività u l-effettività tal-proċess kollu. Fehim emerġenti tal-mekkaniżmu, kif ukoll materjali ġodda, jistgħu jġibu l-wegħda tal-proċess ta’ fototnaqqis tas-CO2 biex jitwettaq fil-futur qrib. (Maltese)
    point in time
    11 August 2022
    0 references
    Imitando a fotossíntese natural, a fotoredução de CO2 em sistemas artificiais fornece acesso a uma nova geração de combustíveis renováveis. Devido a problemas técnicos relacionados ao armazenamento de hidrogênio à temperatura ambiente, compostos de redução de CO2, como metano e metanol, podem ser facilmente utilizados, com pequenas modificações, como fontes de energia atuais. Por outro lado, a eficiência da conversão de CO2 em hidrocarbonetos de alta energia ainda está em sua infância e muito trabalho ainda está por fazer antes de aplicar esta tecnologia em grande escala. Um dos condicionalismos críticos é que qualquer fonte de energia utilizada não deve produzir mais CO2. Diante disso, há um interesse crescente em resolver esse problema pelo método fotocatalítico usando energia solar. O CO2 é um dos compostos mais estáveis entre os compostos de carbono. O CO2 gasoso é linear e não tem um momento dipolar. A redução para um elétron de CO2 ocorre em potenciais muito negativos (-1,9 V vs ENH), em parte devido à energia necessária para um rearranjo estrutural de CO2 linear para CO2 em ponte. Esta energia é muito maior do que o potencial para reduzir as bandas de condução de fotocatalisadores disponíveis. Portanto, a redução de CO2 envolve «ativação», por adsorção no local ativo do fotocatalisador, como um primeiro passo. Esta etapa é seguida pela transferência de prótons e multielétrons para CO2 adsorvido/ativado. É produzido em energias relativamente baixas (-0,3 — -0,6V (NHE)). Dependendo das vias e condições de reação, diferentes produtos finais podem ser obtidos. Subsequentemente, o controlo da seletividade em relação a um produto preferido (por exemplo, metanol, CO, etc.) é altamente desejável, a fim de eliminar um processo de separação adicional que possa ser dispendioso. Por outro lado, o processo de transferência multielétrons necessário para a redução de CO2 envolve outro desafio importante na conceção de um sistema fotocatalítico eficaz: minimize a recombinação do elétron-buraco. A transferência de elétrons da banda de condução do fotocatalisador para o CO2 adsorvido/ativado deve ocorrer mais rapidamente do que a recombinação do orifício de elétrons (o elétron é então compensado por um doador de elétrons, como água ou um agente de sacrifício). No entanto, a escala de tempo de recombinação de elétrons-buraco é geralmente duas a três vezes mais rápida do que outros processos de transferência de elétrons. Portanto, o processo de recombinação é obviamente prejudicial à eficácia de um fotocatalisador semicondutor. A estratégia geral para melhorar a eficiência da redução de CO2 através da fotocatálise heterogênea baseia-se nas seguintes evidências: I) melhoria da superfície do catalisador para facilitar a transferência de carga para a superfície ii) modificação do catalisador com cocatalisadores adequados para melhorar a separação da carga, permitir a adsorção/ativação de reagentes e auxiliar no processo de redução de oxido-redução.O método mais curto a considerar um material eficaz é conhecer o mecanismo da reação, a fim de compreender melhor o funcionamento dos locais de fotocatalisadores ativos. Infelizmente, o mecanismo exato de redução do CO2 fotocatalítico permanece ambíguo. Há muitas questões abertas sobre o caminho exato da reação, os efeitos das condições experimentais, o papel do cocatalisador e a seletividade e eficácia de todo o processo. Uma compreensão emergente do mecanismo, bem como de novos materiais, pode trazer a promessa do processo de fotoredução de CO2 para a realização em um futuro próximo. (Portuguese)
    point in time
    11 August 2022
    0 references
    Efterligning af naturlig fotosyntese, fotoreduktion af CO2 på kunstige systemer giver adgang til en ny generation af fornyelige brændstoffer. På grund af tekniske problemer i forbindelse med lagring af brint ved stuetemperatur kan CO2-reduktionsforbindelser såsom metan og methanol let anvendes med mindre ændringer som nuværende energikilder. På den anden side er effektiviteten af omdannelsen af CO2 til højenergicarbonhydrider stadig i sin vorden, og der er stadig meget arbejde, der skal gøres, før denne teknologi anvendes i stor skala. En af de kritiske begrænsninger er, at enhver energikilde, der anvendes, ikke må producere mere CO2. I betragtning heraf er der en stigende interesse for at løse dette problem ved hjælp af fotokatalytisk metode ved hjælp af solenergi. CO2 er en af de mest stabile forbindelser blandt kulstofforbindelser. Den gasformige CO2 er lineær og har ikke et dipolært øjeblik. Reduktionen til én CO2-elektron forekommer ved meget negative potentialer (-1,9 V vs ENH), til dels på grund af den energi, der er nødvendig for en strukturel omlægning af lineær CO2 til brobygning af CO2_. Denne energi er meget højere end potentialet for at reducere ledning bands af tilgængelige fotokatalysatorer. CO2-reduktion indebærer derfor "aktivering" ved adsorption på fotokatalysatorens aktive sted som et første skridt. Dette trin efterfølges af overførsel af protoner og multielektroner til adsorberet/aktiveret CO2. Den produceres ved relativt lave energier (-0,3 — -0,6V (NHE)). Afhængigt af migrationsveje og reaktionsbetingelser kan der opnås forskellige slutprodukter. Efterfølgende er det yderst ønskeligt at kontrollere selektiviteten i forhold til et foretrukken produkt (f.eks. methanol, CO osv.) for at eliminere en yderligere adskillelsesproces, der kan være dyr. På den anden side indebærer processen med multielektronoverførsel, der er nødvendig for CO2-reduktion, en anden vigtig udfordring i forbindelse med udformningen af et effektivt fotokatalytisk system: minimér rekombination af elektronhuller. Elektronoverførsel fra fotokatalysatorledningsbåndet til adsorberet/aktiveret CO2 skal ske hurtigere end elektronhullets rekombination (elektronen kompenseres derefter af en elektrondonor såsom vand eller et offermiddel). Rekombinationstiden for elektronhuller er dog generelt to til tre gange hurtigere end andre elektronoverførselsprocesser. Derfor er rekombinationsprocessen naturligvis skadelig for effektiviteten af en halvlederfotokatalysator.Den generelle strategi for forbedring af effektiviteten af CO2-reduktion gennem heterogen fotokatalyse er baseret på følgende dokumentation: Forbedring af katalysatoroverfladen for at lette belastningsoverførslen til overfladen(ii) modifikation af katalysatoren med egnede cokatalysatorer for at forbedre belastningsadskillelsen, tillade adsorption/aktivering af reagenser og bistå i processen med oxydo-reduktion.Den korteste metode til at overveje et effektivt materiale er at kende reaktionsmekanismen for bedre at forstå, hvordan aktive fotokatalysatorsteder fungerer. Desværre er den nøjagtige mekanisme for fotokatalytisk CO2-reduktion stadig tvetydig. Der er mange åbne spørgsmål om reaktionens nøjagtige vej, virkningerne af eksperimentelle forhold, cocatalyserens rolle og hele processens selektivitet og effektivitet. En ny forståelse af mekanismen, såvel som nye materialer, kan bringe løftet om processen med fotoreduktion af CO2 til realisering i den nærmeste fremtid. (Danish)
    point in time
    11 August 2022
    0 references
    Imitând fotosinteza naturală, fotoreducerea CO2 în sistemele artificiale oferă acces la o nouă generație de combustibili regenerabili. Din cauza problemelor tehnice legate de stocarea hidrogenului la temperatura camerei, compușii de reducere a CO2, cum ar fi metanul și metanolul, pot fi utilizați cu ușurință, cu modificări minore, ca surse de energie actuale. Pe de altă parte, eficiența conversiei CO2 în hidrocarburi cu consum ridicat de energie este încă în fază incipientă și mai sunt încă multe de făcut înainte de aplicarea acestei tehnologii la scară largă. Una dintre constrângerile critice este aceea că nicio sursă de energie utilizată nu trebuie să producă mai mult CO2. Având în vedere acest lucru, există un interes tot mai mare pentru rezolvarea acestei probleme prin metoda fotocatalitică care utilizează energia solară. CO2 este unul dintre compușii cei mai stabili printre compușii de carbon. CO2 gazos este liniar și nu are un moment dipolar. Reducerea la un electron CO2 are loc la potențiale foarte negative (-1,9 V față de ENH), parțial datorită energiei necesare pentru o rearanjare structurală a CO2 liniar la CO2 legat. Această energie este mult mai mare decât potențialul de reducere a benzilor de conducere ale fotocataliștilor disponibili. Prin urmare, reducerea CO2 implică „activarea”, prin adsorbție la locul activ al fotocatalizatorului, ca un prim pas. Această etapă este urmată de transferul de protoni și multielectroni în CO2 adsorbit/activat. Este produs la energii relativ scăzute [-0,3 – -0,6V (NHE)]. În funcție de căile și condițiile de reacție, se pot obține diferite produse finale. Ulterior, controlul selectivității în raport cu un produs preferat (de exemplu, metanol, CO etc.) este foarte de dorit pentru a elimina un proces suplimentar de separare care poate fi costisitor. Pe de altă parte, procesul de transfer multielectron necesar pentru reducerea emisiilor de CO2 implică o altă provocare importantă în proiectarea unui sistem fotocatalitic eficient: minimizează recombinarea cu electroni. Transferul de electroni de la banda de conducere fotocatalizator la CO2 adsorbit/activat trebuie să aibă loc mai repede decât recombinarea electron-gaura (electronul este apoi compensat de un donator de electroni, cum ar fi apa sau un agent de sacrificiu). Cu toate acestea, scala timpului de recombinare a găurilor de electroni este, în general, de două până la trei ori mai rapidă decât alte procese de transfer de electroni. Prin urmare, procesul de recombinare este în mod evident în detrimentul eficacității unui fotocatalizator semiconductor. Strategia generală de îmbunătățire a eficienței reducerii CO2 prin fotocataliză eterogenă se bazează pe următoarele dovezi: (I) îmbunătățirea suprafeței catalizatorului pentru a facilita transferul sarcinii la suprafață (ii) modificarea catalizatorului cu cocatalizoare adecvate pentru a îmbunătăți separarea sarcinii, pentru a permite adsorbția/activarea reactivilor și pentru a ajuta la procesul de reducere a oxidoului. Cea mai scurtă metodă de a lua în considerare un material eficient este de a cunoaște mecanismul reacției pentru a înțelege mai bine modul în care funcționează site-urile fotocatalist active. Din păcate, mecanismul exact de reducere fotocatalitică a CO2 rămâne ambiguu. Există multe întrebări deschise despre calea exactă a reacției, efectele condițiilor experimentale, rolul cocatalizerului și selectivitatea și eficacitatea întregului proces. O înțelegere emergentă a mecanismului, precum și a noilor materiale, poate aduce promisiunea procesului de fotoreducere a CO2 la realizare în viitorul apropiat. (Romanian)
    point in time
    11 August 2022
    0 references
    Imitera naturlig fotosyntes, fotoreduktion av koldioxid på konstgjorda system ger tillgång till en ny generation förnybara bränslen. På grund av tekniska problem i samband med lagring av vätgas vid rumstemperatur kan koldioxidreduktionsföreningar som metan och metanol lätt användas, med mindre ändringar, som nuvarande energikällor. Å andra sidan är effektiviteten i omvandlingen av koldioxid till högenergikolväten fortfarande i sin linda och mycket arbete återstår att göra innan denna teknik tillämpas i stor skala. En av de kritiska begränsningarna är att en energikälla som används inte får producera mer koldioxid. Med tanke på detta finns det ett växande intresse för att lösa detta problem med hjälp av fotokatalytisk metod med hjälp av solenergi. CO2 är en av de mest stabila föreningarna bland kolföreningar. Den gasformiga koldioxiden är linjär och har inget dipolärt ögonblick. Minskningen till en CO2-elektron sker vid mycket negativa potentialer (-1,9 V vs ENH), delvis på grund av den energi som krävs för en strukturell omdirigering av linjär CO2 till bridged CO2_. Denna energi är mycket högre än potentialen för att minska ledningsbanden för tillgängliga fotokatalysatorer. Koldioxidminskning innebär därför ”aktivering”, genom adsorption vid fotokatalysatorns aktiva plats, som ett första steg. Detta steg följs av överföring av protoner och multielektroner till adsorberad/aktiverad CO2. Det produceras vid relativt låga energier (-0,3 – -0,6V (NHE)). Beroende på spridningsvägar och reaktionsförhållanden kan olika slutprodukter erhållas. Kontroll av selektiviteten i förhållande till en föredragen produkt (t.ex. metanol, kolmonoxid osv.) är därför mycket önskvärd för att eliminera en ytterligare separationsprocess som kan bli kostsam. Å andra sidan innebär den process för multielektronöverföring som krävs för att minska koldioxidutsläppen en annan viktig utmaning i utformningen av ett effektivt fotokatalytiskt system: minimera rekombination av elektronhål. Elektronöverföring från fotokatalysatorns ledningsband till adsorberad/aktiverad CO2 måste ske snabbare än elektronhålsrekombinationen (elektronen kompenseras sedan av en elektrongivare som vatten eller ett offermedel). Men elektron-hål rekombination tidsskala är i allmänhet två till tre gånger snabbare än andra elektronöverföringsprocesser. Därför är rekombinationsprocessen uppenbarligen skadlig för effektiviteten hos en fotokatalysator av halvledare.Den allmänna strategin för att förbättra effektiviteten i minskningen av koldioxid genom heterogen fotokatalys bygger på följande belägg: (I) förbättring av katalysatorns yta för att underlätta lastöverföring till ytan(ii) modifiering av katalysatorn med lämpliga kokatalysatorer för att förbättra lastseparationen, tillåta adsorption/aktivering av reagenser och hjälpa till i processen för oxydoreduktion.Den kortaste metoden för att överväga ett effektivt material är att känna till reaktionsmekanismen för att bättre förstå hur aktiva fotokatalysatorer fungerar. Tyvärr är den exakta mekanismen för fotokatalytisk koldioxidminskning fortfarande tvetydig. Det finns många öppna frågor om reaktionens exakta väg, effekterna av experimentella förhållanden, kokatalysatorns roll och selektiviteten och effektiviteten i hela processen. En framväxande förståelse av mekanismen, liksom nya material, kan ge löftet om processen för fotoreduktion av koldioxid till förverkligande inom en snar framtid. (Swedish)
    point in time
    11 August 2022
    0 references
    date of last update
    7 December 2023
    0 references

    Identifiers

    French Kohesio ID
    16E01169
    0 references
     
    Retrieved from "https://linkedopendata.eu/w/index.php?title=Item:Q3673510&oldid=41422770"