.Two-for-One Deal: Visible Light Supercharges CO2 Recycling Efficiency

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.Two-for-One Deal: Visible Light Supercharges CO2 Recycling Efficiency

가시광선 스펙트럼 이산화탄소 재활용

Visible Light Spectrum Carbon Dioxide Recycling

일리노이 대학의 새로운 연구에서는 가시광선 스펙트럼에서 에너지를 포착하여 이산화탄소 재활용에 전력을 공급합니다. 출처: NSF

연구자들은 가시광선과 금-구리 전극을 사용하여 CO2 변환 효율과 선택성을 개선해 지속 가능한 에너지 발전의 길을 열었습니다. 연구자들은 가시광선과 전기화학을 결합함으로써 이산화탄소를 귀중한 제품으로 전환하는 것을 크게 개선했고 놀라운 발견을 했습니다. 연구팀은 가시광선이 선택성이라는 중요한 화학적 특성을 크게 향상시킨다는 것을 관찰했습니다.

이 획기적인 발견은 CO2 전환 기술을 발전시킬 뿐만 아니라 촉매 연구 및 화학 제조에서 광범위한 화학 반응에 대한 희망을 제공합니다. 화학자들이 CO2를 귀중한 제품으로 재활용하는 한 가지 방법은 전기화학적 환원이라는 공정을 통해서입니다. CO2 가스 흐름이 전기분해 셀을 통과하면서 CO2와 물을 일산화탄소와 수소로 분해하고, 이를 사용하여 새로운 원하는 탄화수소 제품을 만들 수 있다고 일리노이 대학교 어바나-샴페인 화학 교수인 프라샨트 제인은 말했습니다.

"그러나 반응이 느리고 이 공정에는 금이나 구리와 같은 값비싼 촉매 물질이 많이 포함된 대형 전극이 필요하기 때문에 저희 연구실은 촉매 물질이 덜 필요하도록 공정 속도를 높이는 방법을 모색해 왔으며, 이는 대체 연료 산업에 더 실행 가능한 옵션이 되었습니다." Jain과 전 대학원생인 Francis Alcorn이 주도하고 미국 국립과학원 회보에 게재된 새로운 연구에서는 가시광선과 금-구리 합금 나노입자로 코팅된 전극을 결합하여 훨씬 더 빠른 속도로 CO2 환원을 유도하고 현재 방법에서 볼 수 있는 것보다 더 통제된 선택성을 허용하는 방법을 자세히 설명하고 있습니다.

전기화학 반응을 위한 가시광선 활용 Jain은 "이 새로운 전극은 가시광선 범위의 광자를 찾아내 화학 반응 경로와 결합시키는 작은 안테나처럼 작용합니다."라고 말했습니다. 실험실에서 전극은 전도도를 높이기 위해 CO2, 물, 전해질 용액에 담근다. 그런 다음 팀은 가시광선 레이저가 표면을 비추는 동안 전극에 전압을 인가한다. 그 결과 반응은 CO2를 분리하여 일산화탄소를 빠르게 생성하고, 물 분자를 분리하여 수소를 생성한다. 전하 이동 광 에너지 지도 이 그래픽은 25, 26, 90펨토초에서 반응에서 전하 이동(노란색은 양전하, 청록색은 음전하)의 지도를 보여줍니다. 금 원자는 갈색, 수소는 밝은 분홍색, 탄소는 녹색, 산소는 빨간색으로 표시되어 있습니다. 출처: 일리노이의 Jain 연구실과 노스웨스턴 대학교의 Schatz 그룹이 제공한 그래픽 "우리는 가시광선을 사용했을 때 생산성이 향상되는 것을 보고 매우 기뻤습니다. 그러나 가시광선을 사용하면 화학 선택성에 큰 영향을 미칠 것이라고는 예상하지 못했습니다. 이것이 여기서 중요한 진전입니다." Jain이 말했습니다.

촉매에서 화학적 선택성은 화학 반응이 한 유형의 경로나 분자를 다른 경로나 분자보다 선호하거나 표적으로 삼는 능력입니다. 이 연구에서 연구자들은 수소 가스를 형성하는 물 분해 반응이 빛을 사용하여 선택적으로 향상된다는 것을 발견했습니다. 이를 통해 팀은 노스웨스턴 대학교 화학 교수 조지 샤츠와 박사후 연구원 사잘 쿠마르 기리의 도움을 받아 추가 실험을 수행하고 결과를 모델링했습니다. 합성가스 생산의 새로운 기회 Jain은 "결과에 따르면 가시광선은 합성 가스의 산업적 생산에 중요한 요소인 일산화탄소와 수소 가스의 비율을 조절할 수 있는 독특한 기회를 제공한다는 것이 밝혀졌습니다."라고 말했습니다. "이 발견은 보다 지속 가능하고 효율적인 에너지 미래를 위한 길을 열어줍니다." 하지만 빛을 사용하여 화학 반응을 촉진하는 것은 논란의 여지가 없는 것은 아니라고 Jain은 말했습니다.

화학 반응에 빛을 추가하면 열도 추가되기 때문에 팀이 주의 깊게 측정하고 제어 실험을 수행하여 빛의 가열 효과만으로 반응 속도와 선택성이 빨라졌는지 확인하는 것이 필수적이었습니다. "우리는 광 여기로 생성된 정확히 동일한 온도에서 레이저를 사용하거나 사용하지 않고 실험을 수행했으며 가열이 원인이라고 배제했습니다." Jain이 말했습니다. "오히려 광 여기로 유도된 전기장과 방향성 전하 흐름이 물 분해의 향상된 생산성과 증가된 선택성을 담당했으며, 이는 우리 협력자들의 시뮬레이션에서 포착되었습니다." Jain이 말했습니다. 팀은 앞으로 나아가면서 여전히 몇 가지 과제에 직면해야 합니다. 예를 들어, 나노입자 기반 전극을 반복적으로 사용하면 시간이 지남에 따라 필연적으로 저하될 것입니다. 특히 산업적 응용 분야에 필요한 확장된 시나리오에서 더욱 그렇습니다. 또한 프로세스의 전반적인 에너지 효율성과 조명 관리에는 추가 연구와 개선이 필요합니다. Jain은 "이 연구에서 발견한 것은 전기화학과 촉매에 대한 완전히 새로운 사고방식을 제시합니다."라고 말했습니다.

"빛을 사용함으로써 우리는 이 촉매의 활동을 향상시키지만 놀랍게도 선택성도 변경합니다. 이를 통해 다양한 제품을 만드는 새로운 화학 경로가 열립니다. 그리고 왜 CO2 환원이나 물 분해에 그치나요? 이는 화학 산업에 중요한 다른 많은 촉매 반응에도 적용될 수 있습니다."

참고문헌: Francis M. Alcorn, Sajal Kumar Giri, Maya Chattoraj, Rachel Nixon, George C. Schatz, Prashant K. Jain의 "플라스모닉 필드 유도 분리로 인한 전기화학적 선택성 전환", 2024년 10월 2일, 미국 국립과학원 회보 . DOI: 10.1073/pnas.2404433121 일리노이 연구원인 마야 차토라지와 레이첼 닉슨도 이 연구에 기여했습니다. National Science Foundation, US Department of Energy, Robert C. and Carolyn J. Springborn Endowment, 그리고 Future Interdisciplinary Research Explorations Grant가 이 연구를 지원했습니다.

https://scitechdaily.com/two-for-one-deal-visible-light-supercharges-co2-recycling-efficiency/

mssoms
b메모 2411260230 소스1.분석_[n】

1.
2대 1 거래: 가시광선으로 CO2 재활용 효율성 대폭 강화
일리노이 대학의 새로운 연구에서는 가시광선 스펙트럼에서 에너지를 포착하여 이산화탄소 재활용에 전력을 공급한다.

연구자들은 가시광선과 금-구리 전극을 사용하여 CO2 변환 효율과 선택성을 개선해 지속 가능한 에너지 발전의 길을 열었다. 연구자들은 가시광선과 전기화학을 결합함으로써 이산화탄소를 귀중한 제품으로 전환하는 것을 크게 개선했고 놀라운 발견을 했다. 연구팀은 [1]가시광선이 선택성이라는 중요한 화학적 특성을 크게 향상시킨다]는 것을 관찰했다.

이 획기적인 발견은 CO2 전환 기술을 발전시킬 뿐만 아니라 촉매 연구 및 화학 제조에서 광범위한 화학 반응에 대한 희망을 제공한다.

-[1】가시광선은 전자기파에서 인간에게 중요한 범위이다.

자료를 보면, 가시광선은 사람의 눈에 보이는 전자기파의 영역이다. 위의 차이가 존재하지만 보통의 인간의 눈은 400에서 700nm까지의 범위를 감지한다. 태양 복사 에너지선, 적외선, 자외빛에 적응된 눈은 가시광선의 녹색 부분에서 최대 감도를 나타낸다.

가시광선에서 자외선과 적외선 안쪽 사이에 색깔구분은 스펙트럼이 선택적으로 보이기 때문에 가능한 것으로 이것이 시각적인 선택뿐 아니라 화학반응에 있어서도 선택적 거래로 물질을 제공한다는거다. 어허.

이는 광선이 감마선에서 라디오파 까지 전자기파 전체의 빛이 실제로 우주의 자연환경에서 원소의 화학적인 반응에 색깔을 입히고 선택적 구분을 통해 반응하는 것은 qpeoms에서 소스가 되기에 충분하다. 어허.

2.
화학자들이 CO2를 귀중한 제품으로 재활용하는 한 가지 방법은 전기화학적 환원이라는 공정을 통해서이다. CO2 가스 흐름이 전기분해 셀을 통과하면서 CO2와 물을 일산화탄소와 수소로 분해하고, 이를 사용하여 새로운 원하는 탄화수소 제품을 만들 수 있다.

그러나 반응이 느리고 이 공정에는 금이나 구리와 같은 값비싼 촉매 물질이 많이 포함된 대형 전극이 필요하기 때문에 촉매 물질이 덜 필요하도록 공정 속도를 높이는 방법을 모색해 왔으며, 이는 대체 연료 산업에 더 실행 가능한 옵션이 되었다.

새로운 연구에서는 가시광선과 금-구리 합금 나노입자로 코팅된 전극을 결합하여 훨씬 더 빠른 속도로 CO2 환원을 유도하고 현재 방법에서 볼 수 있는 것보다 더 통제된 선택성을 허용하는 방법을 자세히 설명하고 있다.

3.
전기화학 반응을 위한 가시광선 활용
이 새로운 전극은 가시광선 범위의 광자를 찾아내 화학 반응 경로와 결합시키는 작은 안테나처럼 작용한다.

실험실에서 전극은 전도도를 높이기 위해 CO2, 물, 전해질 용액에 담근다. 그런 다음 팀은 가시광선 레이저가 표면을 비추는 동안 전극에 전압을 인가한다. 그 결과 반응은 CO2를 분리하여 일산화탄소를 빠르게 생성하고, 물 분자를 분리하여 수소를 생성한다.

이 그래픽은 25, 26, 90펨토초에서 반응에서 전하 이동(노란색은 양전하, 청록색은 음전하)의 지도를 보여준다. 금 원자는 갈색, 수소는 밝은 분홍색, 탄소는 녹색, 산소는 빨간색으로 표시되어 있다.

[3]가시광선을 사용했을 때 생산성이 향상되는 것을 보고 매우 기뻤다. 그러나 가시광선을 사용하면 화학 선택성에 큰 영향을 미칠 것]이라고는 예상하지 못했다.

_[3】가시광선을 이용하면 색깔이 보이잖여. 그게 선택적인 화학반응이 아닌가? 25, 26, 90펨토초에서 반응에서 전하 이동(노란색은 양전하, 청록색은 음전하)의 지도를 보여준다. 금 원자는 갈색, 수소는 밝은 분홍색, 탄소는 녹색, 산소는 빨간색으로 표시되어 있다. 그게 선택적 가시광선의 색체성 아니여? 문제는 펨토초 시간반응에 포인트가 있어 보인다. 제시간에 못보면 선택성은 사라진다. 빛에서 색깔을 찾을 수 없으면 화학반응도 없는거여. 이는 msbase.pemto_time을 연상 시킨다. 질량이나 에너지도 시간속에 존재하는거다. 그래서 원자가 모여서 화학반응하는 것도 타이밍에 있어야 하는 선택성 이론에 지배를 받는거다. 상대성이론에서 한걸음 더 나간 qpeoms이론의 근간이 선택성이론()이 된다. 어허. 대어를 낚은듯...허허.

4.
촉매에서 화학적 선택성은 화학 반응이 한 유형의 경로나 분자를 다른 경로나 분자보다 선호하거나 표적으로 삼는 능력이다. 이 연구에서 연구자들은 수소 가스를 형성하는 물 분해 반응이 빛을 사용하여 선택적으로 향상된다는 것을 발견했다.

결과에 따르면 가시광선은 합성 가스의 산업적 생산에 중요한 요소인 일산화탄소와 수소 가스의 비율을 조절할 수 있는 독특한 기회를 제공한다. 이 발견은 보다 지속 가능하고 효율적인 에너지 미래를 위한 길을 열어준다.

하지만 빛을 사용하여 화학 반응을 촉진하는 것은 논란의 여지가 없는 것은 아니다. 화학 반응에 빛을 추가하면 열도 추가되기 때문에 팀이 주의 깊게 측정하고 제어 실험을 수행하여 빛의 가열 효과만으로 반응 속도와 선택성이 빨라졌는지 확인하는 것이 필수적이었다.

광 여기로 생성된 정확히 동일한 온도에서 레이저를 사용하거나 사용하지 않고 실험을 수행했으며 가열이 원인이라고 배제했다. 오히려 광 여기로 유도된 전기장과 방향성 전하 흐름이 물 분해의 향상된 생산성과 증가된 선택성을 담당했으며, 이는 우리 협력자들의 시뮬레이션에서 포착되었다.

팀은 앞으로 나아가면서 여전히 몇 가지 과제에 직면해야 한다. 예를 들어, 나노입자 기반 전극을 반복적으로 사용하면 시간이 지남에 따라 필연적으로 저하될 것이다. 특히 산업적 응용 분야에 필요한 확장된 시나리오에서 더욱 그렇다. 또한 프로세스의 전반적인 에너지 효율성과 조명 관리에는 추가 연구와 개선이 필요하다.

이 연구에서 발견한 것은 [4]전기화학과 촉매에 대한 완전히 새로운 사고방식]을 제시한다. 빛을 사용함으로써 우리는 이 촉매의 활동을 향상시키지만 놀랍게도 선택성도 변경한다. 이를 통해 다양한 제품을 만드는 새로운 화학 경로가 열린다.

그리고 왜 CO2 환원이나 물 분해에 그치나? 이는 화학 산업에 중요한 다른 많은 촉매 반응에도 적용될 수 있다.

_[4】아인쉬타인이 상대성이론으로 우주 중력을 설명했다면 연구팀은 선택성이론으로 우주 화학의 경로들을 찾아낸 것일 수 있다. 물론 그 이론은 qpeoms 필드에서 실현된다. 어허.

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mssoms
bmemo 2411260230 Source1. Analysis_[n]

1.
2-for-1 Deal: Visible Light Dramatically Boosts CO2 Recycling Efficiency
A new study from the University of Illinois captures energy in the visible light spectrum to power carbon dioxide recycling.

Researchers have used visible light and gold-copper electrodes to improve CO2 conversion efficiency and selectivity, paving the way for sustainable energy generation. By combining visible light and electrochemistry, the researchers have made a surprising discovery, dramatically improving the conversion of carbon dioxide to valuable products. The team observed that [1]visible light significantly enhances an important chemical property called selectivity.

This groundbreaking discovery not only advances CO2 conversion technology, but also offers hope for a wide range of chemical reactions in catalysis research and chemical manufacturing.

-[1]Visible light is an important range of electromagnetic waves for humans.

As the data shows, visible light is the range of electromagnetic waves that are visible to the human eye. The above differences exist, but the average human eye detects a range from 400 to 700 nm. Eyes adapted to solar radiation, infrared, and ultraviolet light show maximum sensitivity in the green portion of visible light.

The color separation between the ultraviolet and infrared portions of the visible spectrum is possible because the spectrum is selectively visible, which provides materials for selective trading in chemical reactions as well as for visual selection. Oh, my.

This is enough to be a source in qpeoms, where light from the entire electromagnetic spectrum, from gamma rays to radio waves, actually colors the chemical reactions of elements in the natural environment of the universe and reacts through selective distinction. Oh, my.

2.
One way chemists recycle CO2 into valuable products is through a process called electrochemical reduction. As the CO2 gas stream passes through an electrolytic cell, it breaks down CO2 and water into carbon monoxide and hydrogen, which can then be used to create new desired hydrocarbon products.

However, because the reaction is slow and the process requires large electrodes containing expensive catalyst materials such as gold or copper, researchers have been looking for ways to speed up the process so that less catalyst is needed, making it a more viable option for the alternative fuel industry.

A new study details how a combination of visible light and electrodes coated with gold-copper alloy nanoparticles can induce CO2 reduction at a much faster rate and allow for more controlled selectivity than is possible with current methods.

3.
Harnessing Visible Light for Electrochemical Reactions
The new electrodes act like tiny antennas that scour photons in the visible light range and couple them to chemical reaction pathways.

In the lab, the electrodes are immersed in a solution of CO2, water, and an electrolyte to increase their conductivity. The team then applies a voltage to the electrodes while a visible light laser illuminates the surface. The resulting reaction rapidly splits the CO2 to produce carbon monoxide and splits water molecules to produce hydrogen.

This graphic shows the charge transfer (yellow is positive, cyan is negative) maps in the reaction at 25, 26, and 90 femtoseconds. Gold atoms are shown in brown, hydrogen in bright pink, carbon in green, and oxygen in red.

[3] I was very pleased to see that the productivity was improved when using visible light. However, I did not expect that using visible light would have such a big impact on chemical selectivity.

_[3] You can see colors with visible light. Isn't that a selective chemical reaction? This graphic shows the charge transfer (yellow is positive, cyan is negative) maps in the reaction at 25, 26, and 90 femtoseconds. Gold atoms are shown in brown, hydrogen in bright pink, carbon in green, and oxygen in red. Isn't that the colorimetric nature of selective visible light? The problem seems to be that there is a point in the femtosecond time response. If you don't see it in time, the selectivity disappears. If you can't find color in light, there's no chemical reaction. This reminds me of msbase.pemto_time. Mass and energy also exist in time. So, the timing of atoms gathering and chemical reactions is governed by the theory of selectivity. The basis of the qpeoms theory, which goes one step further than the theory of relativity, is the theory of selectivity(). Oh, my. It's like catching a big fish... Hehe.

4.
In catalysts, chemical selectivity is the ability of a chemical reaction to prefer or target one type of pathway or molecule over another. In this study, researchers found that the water splitting reaction to form hydrogen gas was selectively enhanced using light.

The results show that visible light offers a unique opportunity to control the ratio of carbon monoxide and hydrogen gas, which is a key element in the industrial production of synthetic gas. This discovery opens the way to a more sustainable and efficient energy future.

However, using light to promote chemical reactions is not without controversy. Since adding light to a chemical reaction also adds heat, it was essential that the team carefully measured and performed controlled experiments to ensure that the reaction rate and selectivity were accelerated solely by the heating effect of the light.

Experiments were performed with and without the laser at the exact same temperatures generated by the light excitation, ruling out heating as the cause. Rather, the electric fields and directional charge flow induced by the light excitation were responsible for the enhanced productivity and increased selectivity of the water splitting, which was captured in our collaborators’ simulations.

The team still faces several challenges as they move forward. For example, the nanoparticle-based electrodes will inevitably degrade over time with repeated use, especially in extended scenarios that are required for industrial applications. Additionally, the overall energy efficiency of the process and the light management require further research and improvement.

The findings in this study suggest a completely new way of thinking about electrochemistry and catalysis [4]. By using light, we enhance the activity of these catalysts, but surprisingly, we also change their selectivity. This opens up new chemical pathways for making a variety of products.

And why stop at CO2 reduction or water splitting? This can be applied to many other important catalytic reactions in the chemical industry.

_[4] If Einstein explained cosmic gravity with the theory of relativity, the research team may have found the paths of cosmic chemistry with the theory of selectivity. Of course, the theory is realized in the qpeoms field. Oh, my.

sample qoms (standard)
0000000011=2,0
0000001100
0000001100
0000010010
0001100000
0101000000
0010010000
0100100000
2000000000
0010000001

sample pms (standard)
q0000000000
00q00000000
0000q000000
000000q0000
00000000q00
0000000000q
0q000000000
000q0000000
00000q00000
0000000q000
000000000q0

sample msoss

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