ตัวเร่งปฏิกิริยาใหม่รีไซเคิลก๊าซเรือนกระจกเป็นเชื้อเพลิงและก๊าซไฮโดรเจน

Cafer T. Yavuz ผู้เขียนบทความและรองศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเคมีและชีวโมเลกุลและเคมีของ KAIST กล่าวว่า "เรามุ่งมั่นที่จะพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพซึ่งสามารถแปลงก๊าซเรือนกระจกจำนวนมาก ได้แก่ คาร์บอนไดออกไซด์และมีเทนโดยไม่ล้มเหลว" ตัวเร่งปฏิกิริยานี้ทำมาจากนิกเกิล แมกนีเซียม และโมลิบดีนัมที่มีราคาไม่แพงและมีปริมาณมาก เป็นตัวเริ่มต้นและเร่งอัตราปฏิกิริยาที่เปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์และมีเทนให้เป็นก๊าซไฮโดรเจน สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพนานกว่าหนึ่งเดือน การแปลงนี้เรียกว่า 'การปรับสภาพแบบแห้ง' ซึ่งก๊าซที่เป็นอันตราย เช่น คาร์บอนไดออกไซด์ ก๊าซเรือนกระจก ถูกแปรรูปเพื่อผลิตสารเคมีที่มีประโยชน์มากขึ้น ซึ่งสามารถนำไปกลั่นเพื่อใช้เป็นเชื้อเพลิง พลาสติก หรือแม้แต่ยา เป็นกระบวนการที่มีประสิทธิภาพ แต่ก่อนหน้านี้ต้องใช้โลหะที่หายากและมีราคาแพง เช่น แพลทินัมและโรเดียม เพื่อกระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยาเคมีที่สั้นและไม่มีประสิทธิภาพ ก่อนหน้านี้ นักวิจัยคนอื่นๆ เสนอนิกเกิลเป็นวิธีแก้ปัญหาที่ประหยัดกว่า แต่ผลพลอยได้ของคาร์บอนจะก่อตัวขึ้นและอนุภาคนาโนที่พื้นผิวจะจับตัวกันบนโลหะที่มีราคาถูกลง ทำให้องค์ประกอบและรูปทรงเรขาคณิตของตัวเร่งปฏิกิริยาเปลี่ยนไปโดยพื้นฐานและทำให้มันไม่มีประโยชน์ Yavuz กล่าวว่า "ความยากลำบากเกิดจากการขาดการควบคุมคะแนนของไซต์ที่ใช้งานอยู่บนพื้นผิวตัวเร่งปฏิกิริยาขนาดใหญ่ เนื่องจากขั้นตอนการปรับแต่งใด ๆ ที่พยายามเปลี่ยนธรรมชาติของตัวเร่งปฏิกิริยาด้วย" Yavuz กล่าว นักวิจัยได้ผลิตอนุภาคนาโนนิกเกิล-โมลิบดีนัมภายใต้สภาพแวดล้อมที่ลดลงโดยมีแมกนีเซียมออกไซด์ที่เป็นผลึกเดี่ยว เมื่อส่วนผสมถูกทำให้ร้อนภายใต้ก๊าซปฏิกิริยา อนุภาคนาโนจะเคลื่อนที่ไปบนพื้นผิวคริสตัลบริสุทธิ์เพื่อหาจุดยึด ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นผลลัพธ์ได้ปิดผนึกไซต์ที่ใช้งานพลังงานสูงของตัวเองและแก้ไขตำแหน่งของอนุภาคนาโนอย่างถาวร ซึ่งหมายความว่าตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบจะไม่มีการสะสมของคาร์บอน และอนุภาคพื้นผิวจะไม่จับตัวกัน "เราใช้เวลาเกือบหนึ่งปีในการทำความเข้าใจกลไกพื้นฐาน" Youngdong Song ผู้เขียนคนแรก นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาจากภาควิชาวิศวกรรมเคมีและชีวโมเลกุลของ KAIST กล่าว "เมื่อเราศึกษาเหตุการณ์ทางเคมีทั้งหมดโดยละเอียด เราก็ตกใจมาก" นักวิจัยตั้งชื่อตัวเร่งปฏิกิริยานาโนแคตาลิสต์บนขอบผลึกเดี่ยว (NOSCE) ผงนาโนแมกนีเซียมออกไซด์มาจากรูปแบบที่มีโครงสร้างละเอียดของแมกนีเซียมออกไซด์ ซึ่งโมเลกุลจะจับตัวกันที่ขอบอย่างต่อเนื่อง ไม่มีการแตกหักหรือข้อบกพร่องบนพื้นผิว ช่วยให้เกิดปฏิกิริยาที่สม่ำเสมอและคาดการณ์ได้ Yavuz กล่าวว่า "การศึกษาของเราแก้ปัญหาความท้าทายหลายประการที่ชุมชนตัวเร่งปฏิกิริยาเผชิญอยู่ "เราเชื่อว่ากลไกของ NOSCE จะช่วยปรับปรุงตัวเร่งปฏิกิริยาที่ไม่มีประสิทธิภาพอื่นๆ และช่วยประหยัดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกได้มากยิ่งขึ้น"