İnqrid Fadelli tərəfindən , Phys.org

Sadie Harley tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Metanın hidrogen və yüngül karbohidrogenlərə fotokatalitik çevrilməsi üçün 68 °C-də vanadium dioksiddə spontan izolyator-metal keçidindən istifadə (izolyasiyaedici və metallik domenlər müvafiq olaraq mavi və yaşıl rənglərlə rənglənmişdir). Müəllif: Bruno Grandidier.

Təbii qazın əsas komponenti olan metanın daha yüksək alkanlara və hidrogenə çevrilməsi çox faydalı ola bilər. Propan və butan kimi alkanların metandan daha asan daşınması və daha geniş sənaye sahələrində istifadə edilməsi mümkündür. Digər tərəfdən, hidrogen yanacaq elementləri kimi tanınan davamlı enerji yarada bilən elektrokimyəvi cihazları işlətmək üçün istifadə edilən perspektivli təmiz yanacaqdır.

Son onilliklərdə bəzi enerji mühəndisləri fotokatalizatorlardan istifadə edərək metanın hidrogenə və ya mürəkkəb karbohidrogenlərə çevrilməsi imkanlarını araşdırırlar. Bunlar günəş işığı və ya digər işıq növləri ilə aktivləşdirilən və kimyəvi reaksiyalara səbəb ola bilən materiallardır.

Lil Universiteti — CNRS, Sorbon Universiteti və Fransadakı digər institutların tədqiqatçıları bu yaxınlarda metanın propana fotokatalitik çevrilməsi üçün yeni bir strategiya təqdim etdilər ki, bu da isitmə, yemək bişirmə və nəqliyyat üçün geniş istifadə olunur.

Onların yanaşması, Nature Energy jurnalında dərc olunmuş bir məqalədə qeyd olunub və müəyyən bir temperaturda izolyasiyaedici fazadan metal fazaya keçən vanadium dioksid (VO2) _adlanan materialın xüsusiyyətlərindən istifadə edir .

Məqalənin baş müəllifi Bruno Qrandidier Tech Xplore-a bildirib ki, “Fotokatalizatorun əsas funksiyası işığın verdiyi enerjidən istifadə edərək molekulları parçalamaq və ya çevirmək üçün kimyəvi reaksiyaları aktivləşdirməkdir”.

“Buna görə də fotokatalizator yüklər yaratmaq və onların səthinə səmərəli ötürülməsini təmin etmək üçün fotonları səmərəli şəkildə udmalıdır. Təəssüf ki, fotokatalizdə istifadə olunan bir çox material üçün bu yüklər fotokatalizator səthinə diffuziya zamanı yenidən birləşir və bununla da onun kimyəvi gücünü azaldır.”

Fotokatalizatorların bu geniş yayılmış məhdudiyyətini azaltmaq üçün mühəndislər tez-tez elektron qovşaqlardan istifadə edirlər. Bunlar cihazdakı müxtəlif materiallar və ya tək bir materialdakı müxtəlif fazalar arasındakı interfeyslərdir ki, bu da elektrik yükünü ayırmağa kömək edə bilər.

Qrandidier bildirib ki, “p-n və ya metal-yarımkeçirici qovşaqlardan istifadə edən yarımkeçirici fotokatalizatorlardakı son inkişaflardan ilhamlanaraq, qovşaqların kortəbii şəkildə əmələ gəldiyi təbii bir material axtarırdıq”.

“Nəticədə diqqətimizi istilik, elektrik və ya mexaniki həyəcanlanma altında izolyasiya vəziyyətindən metal vəziyyətinə keçməsinə səbəb olan fazalı keçid ilə xarakterizə olunan materiallar olan Mott izolyatorlarına yönəltdik.”

Metan çevrilməsi üçün yeni bir fotokatalizator

Tədqiqatçılar tərəfindən istifadə edilən VO ₂ materialı təmiz Mott izolyatoru deyil, lakin Mott izolyatoruna bənzər davranış nümayiş etdirir. Xüsusilə, 68 °C temperaturda bu material elektron faza keçidindən keçir və bu müddət ərzində birlikdə mövcud olan metal və izolyasiyaedici bölgələr yaranır.

Qrandidier izah etdi ki , “Keçid zamanı VO ₂ ziddiyyətli xüsusiyyətlərə malik iki növ təsadüfi paylanmış domen ehtiva edir”.

“Bəzi yerlərdə yüklər metalda olduğu kimi delokallaşdırılır və sərbəst axır, digər yerlərdə isə izolyatorda olduğu kimi lokallaşdırılır. İki növ domen arasındakı təmas zonası bir qovşaq əmələ gətirir. Məlum olur ki, iki qonşu qovşaq arasındakı məsafə fotogenerasiya olunmuş yüklərin diffuziya uzunluğundan xeyli azdır və bu da onları VO2 səthindəki molekulları aktivləşdirmək üçün kifayət qədər enerji ilə təmin edir _. “

Tədqiqatlarının bir hissəsi olaraq, Grandidier və həmkarları müxtəlif qalınlıqlı VO2 filmləri hazırlayaraq _onları sapfir substratının üzərinə yerləşdirdilər. Onlar filmlərin nazik olduqda etibarlı fotokatalizatorlar kimi çıxış etdiklərini və metandan hidrogen, etan və propanın səmərəli sintezini təmin etdiklərini aşkar etdilər.

“Qeyd edək ki, pik istehsal 68 °C temperaturda baş verib ki, bu da filmdəki maksimum birləşmə nöqtələrinin olduğu temperatura uyğundur”, – deyə Qrandidier bildirib.

_{” VO2} təbəqəsinin qalınlığının azalması propan üçün tam selektivliyə səbəb oldu və bu da fotokatalizdə metal-izolyator keçidinin istismarını perspektivli etdi. Belə bir proses, maye propana olan daim artan tələbatı ödəmək üçün neft-kimya sənayesi tərəfindən istifadə edilən enerji tutumlu və CO2 emissiya edən bir texnika olan metan təkmilləşdirməsinə alternativ təklif edə bilər. _“

Günəş enerjisi ilə işləyən hidrogen və karbohidrogenlərin sintezinə doğru

Bu tədqiqat qrupu tərəfindən indiyə qədər hazırlanmış metanın fotokatalitik çevrilməsi yanaşması propanın sintezi üçün xüsusilə perspektivli olduğunu sübut etdi. Lakin gələcəkdə bu, potensial olaraq hidrogenin və ya propandan kənarda butan və etilen kimi mürəkkəb karbohidrogenlərin sintezinə də şamil edilə bilər.

_{Bu tədqiqat həmçinin VO2} kimi digər faza dəyişən materiallara əsaslanan digər fotokatalizatorların dizaynına da təsir göstərə bilər . Bu arada, tədqiqatçılar metan çevrilmə strategiyasının enerji səmərəliliyini və selektivliyini (yəni, digər əlavə məhsullara nisbətdə istehsal olunan propan miqdarını) daha da artırmaq üçün təkmilləşdirməyə davam etməyi planlaşdırırlar.

Qrandidier əlavə edib ki, “İzolyator-metal keçidi daha aşağı temperaturda elektriklə də tetiklenebilir”.

“Tətbiq olunan elektrik sahəsi sayəsində, təbəqədəki atom qüsurları ilə yük tutulmasını əhəmiyyətli dərəcədə azaltdı və vanadiumun qramına görə metanın rekord çevrilmələrinə nail olundu. Reaksiyanı seçici etmək üçün elektrik sahəsinin rolunu daha da araşdırmaq, bir mol metanı propana çevirmək üçün lazım olan minimum termodinamik enerjiyə, təxminən 200 kJ metana yaxınlaşmaq üçün açar olacaq.”

Müəllifimiz İnqrid Fadelli tərəfindən sizin üçün yazılmış, Sadie Harley tərəfindən redaktə edilmiş və Robert Egan tərəfindən faktlar yoxlanılmış və nəzərdən keçirilmişdir — bu məqalə diqqətli insan əməyinin nəticəsidir. Müstəqil elmi jurnalistikanı yaşatmaq üçün sizin kimi oxuculara güvənirik. Bu reportaj sizin üçün vacibdirsə, xahiş edirik ianə etməyi düşünün (xüsusilə aylıq). Təşəkkür olaraq reklamsız hesab əldə edəcəksiniz .

Nəşr detalları

My Nghe Tran və digərləri, Fotokatalitik metan çevrilməsində VO2-nin izolyator-metal keçidindən istifadə, _Nature Energy ( 2026). DOI: 10.1038/s41560-026-02013-w .

Jurnal məlumatı: Nature Energy