この方法は、メタンへの二酸化炭素還元などの人工光合成分野の重要な質問に答えるのに役立ちます。濃縮技術は、光強度を高めるだけでなく、反応器体積と同様に触媒量を減少させ、反応温度を上昇させながら、光還元反応速度を高めることができる。この方法は、二酸化炭素の光触媒還元に関する洞察を提供することができますが、太陽光発電や排水処理などの他のシステムにも適用できます。
陽極酸化により二酸化チタンを調製するには、0.3グラムのフッ化アンモニウムと2ミリリットルの水を、攪拌機で200ミリリットルのグリコールに100ミリリットルに溶解し、電解質を形成する。電解質とビーカーを摂氏45度の水浴に入れます。チタン箔を25×25ミリメートルにハサミでトリミングし、7000メッシュ砂紙でチタン箔表面を磨き、表面の不純物を取り除きます。
15ミリリットルのエタノールを含むボリュームフラスコにチタン箔を浸し、その後15ミリリットルのアセトンを含むフラスコを浸します。今超音波クリーナーで15分間ホイルを扱います。チタン箔を取り出し、イオン化された水で3〜5回すすいで、20ミリリットルのエタノールを含む体積フラスコに入れます。
テキストプロトコルに記載されているように、100ミリリットルビーカーで研磨液を調製します。エタノールフラスコからチタン箔を取り出し、イオン化水で3回リンスし、研磨液に2~2分間入れます。チタン箔を取り出し、イオン化水でさらに3回洗います。
アノイドワニクリップを使用して、前処理されたチタン箔とカソードクリップを保持してプラチナ箔を保持します。2つの箔を電解質の中に向かって2センチメートル離れた場所に置きます。直流安定化電流電源をオンにし、電圧を50ボルトに調整し、30分間電気分解します。
陽極酸化が終了した後、電源をオフにして二酸化チタン箔を取り出します。15ミリリットルのエタノールを含むボリュームフラスコにチタン箔を浸し、15ミリリットルのアセトンでフラスコに移します。チタンホイルを超音波洗浄機で15分間取り扱います。
処理後、チタン箔をイオン化水で3~5回すすいで、15ミリリットルのるつぼに入れます。つぼを60°Cのオーブンに12時間入れ、ホイルを乾かします。乾燥したら、200°C以下のマフレ炉で二酸化チタン箔を1分間に2度の加熱速度で2時間焼く。
濃縮光下で触媒試験を行う場合は、ステンレスシリンダ型の反応器をイオン化水で洗浄します。その後、他の炭素源からの干渉を防ぐために、摂氏60度でオーブンで10分間乾燥させます。オーブンで乾燥した後、2ミリリットルの水、攪拌機、触媒ホルダーを原子炉に加えます。
ホルダーの底に注ぐ石英ガラスを置き、二酸化チタン触媒を石英ガラスの中央に置きます。今度は、原子炉の壁の開口部を通して、触媒表面に熱カップの穴を置きます。ホルダーの上部にフレズノレンズを追加し、石英ガラスの窓で原子炉を密封します。
電磁装置に原子炉を置き、気密性を窒素で確認します。二酸化炭素を質量流量制御装置を介して原子炉に送り込み、反応器を少なくとも3回洗浄して、反応器内のガスを二酸化炭素に変える。キセノンランプを原子炉の真上に2センチ置きます。
キセノンランプの電源を入れ、電流を15アンペアに調整してから、磁気スターラースイッチをオンにして反応を開始します。触媒表面と気体の温度変化を記録します。1~6個の炭素を含む炭化水素を分離するための、火炎イオン化検出器とキャピラリーカラムを搭載したガスクロマトグラフィーを使用して、1時間ごとに製品を分析します。
外部標準のライン方式で製品数を計算します。定量化する前に、メタンの標準曲線を構築します。ここに示されているのは、二酸化炭素の光触媒還元を濃縮する装置である。
触媒のXRDおよびSEM特性は、調製された触媒が典型的な酸化チタンナノチューブであることを示した。ここに示されているのは、自然光下の触媒である。光を集中する下で触媒はいくつかの輝きを示しています。
ここでX線回折パターンが示され、光照射を集中させた後、結晶構造変化を明らかにする。結晶性は、濃縮光の下での反応後に明らかに改善されます。メタン収量は、自然の下で、そして濃縮光の下で測定されます。
異なる触媒上のメタンの反応速度は、濃縮条件下で有意に改善された。適切なガスを用いた触媒の前処理は、メタンの生産率をさらに高めるであろう。この手順に従って、実際の太陽光下での濃縮光触媒のような他の方法は、水の光触媒的分割、および実際の太陽光下での揮発性有機化合物の分解のような追加の質問に答えるために行うことができる。
開発後、この技術は、光触媒分野の研究者が光化学システムにおける二酸化炭素の光還元挙動を改善する方法を開きました。光を集中させることは非常に危険であり、Googleなどの予防措置は常にこの手順を実行している間に取られるべきであることを忘れないでください。
