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新型激光技术将二氧化碳转化为清洁能源

导读: 作为一种独特的转化方式,电催化剂已显示出实现CO2还原的巨大潜力。目前,对于它们具体的操作机制,科学家们还没完全理解清楚,这就使得研究人员难以以合理的方式设计新的催化剂。

二氧化碳(CO2)是一种极其丰富的排放气体,可以通过各种不同方式将其转化为富含能量的副产品,比如一氧化碳(CO)。然而,实现这个转变的过程需要更有效率地实现,进而使其能够在全球工业系统中工作。

作为一种独特的转化方式,电催化剂已显示出实现二氧化碳还原的巨大潜力。目前,对于它们具体的操作机制,科学家们还没有完全理解清楚,这就使得研究人员难以以合理的方式设计新的催化剂。

利物浦大学化学系研究人员与北京计算科学研究中心,以及卢瑟福·阿普尔顿实验室合作进行了一项新研究,这项研究展示了一种激光技术,可用于研究电化学还原CO2 in-sITU并为这些复杂的化学途径提供了必要的理论基础。

研究人员们利用一种振动频率产生(VSFG)光谱的技术,再结合电化学实验,制作出一种叫做Mn(bpy)(CO)3Br的特定催化剂,Mn(bpy)(CO)3Br是一种最有前景和研究关注度最高的二氧化碳还原电催化剂之一。

在VSFG光谱学当中,飞秒红外脉冲和可见皮秒脉冲激光聚焦在特定的区域内,导致光的和频产生(SFG)于区域之间的界面当中,通过界面振动模式产生和频的共振增强。

超快测量

使用VSFG这项技术后,研究人员可以观察到只在电极表面存在极短时间的关键中间体,这是在以前的实验研究中从来都没有实现过的。在利物浦,这项工作是由考恩小组进行的,该小组是一个研究开发用于可持续生产燃料的新催化系统的研究小组。

“原位研究电催化剂的一个巨大挑战是,在电极表面的一层短寿中间分子和周围的‘噪声’,以及与溶液中的非活性分子之间进行区分,”利物浦研究小组的成员盖亚·内里说。我们已经表明,VSFG使得有可能遵循甚至非常短命的物种在催化循环中的行为。这是令人兴奋的,因为它为研究人员提供了更好的理解电催化剂如何工作的新机会,这是将电化学二氧化碳转化成清洁燃料技术商业化的重要一步。”

根据这项研究,该小组现在正致力于进一步提高该技术的灵敏度,并正在开发一种新的检测系统,该系统将允许更好的信噪比。这项研究是由工程和物理科学研究委员会资助的。

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