Přidat EnviWeb k oblíbeným odkazům
RSS kanályMobilní verze EnviWeb.cz

Umělá fotosyntéza, nebo planá naděje?

17.05.2007  |  zdroj: Technik  |  196× přečteno      vytisknout článek

Umělá fotosyntéza, nebo planá naděje? Rostliny to umí. S pomocí světla jako zdroje energie zpracují oxid uhličitý ze vzduchu na biomasu. Vědě se to nedaří, zatím. Chce si poradit se stále rostoucími emisemi CO2 a získat v něm surovinu pro další syntetické reakce. První úspěch ve směru aktivace CO2 bez použití katalyzátorů na bázi drahých kovů byl oznámen v březnu 2007. Nadějí má být nitrid uhlíku.

Vědecký tým z Ústavu Maxe Plancka pro výzkum koloidů a rozhraní (Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung, MPIKG) v Golmu u Postupimi, vedený prof. Markusem Antoniettim, oznámil v časopise Angewandte Chemie International úspěšnou aktivaci CO2 pomocí nového nanokatalyzátoru na bázi mezoporézního grafitického nitridu uhlíku C3N4 (mpg-C3N4).

Prolomení velmi stabilní vazby uhlíku na kyslík v oxidu uhličitém se zatím dařilo pouze pomocí velmi nákladných katalyzátorů na bázi drahých kovů - zlata, platiny, paladia a rhénia ve spojení s mědí, a to ještě s nízkým stupněm účinnosti. I když ani příprava nitridu uhlíku není nejlevnější, ve srovnání s drahými kovy je nekovový katalyzátor slibnější a podstatně ekonomičtější. Nitrid křemíku nepatří k nejnovějším látkám, a tak stojí za krátkou odbočku do jeho historie a tribochemie.

ZÍSKÁ PRŮMYSL SUPERTVRDÝ MATERIÁL?

Podle teoretických úvah Y. Liu a M. L. Cohena, vědců z University of California v Berkeley, se svého času předpokládalo, že nitrid uhlíku s velmi silnou vazbou ve formě beta-C3N4 bude tvrdším materiálem než diamant. S tímto předpokladem byl již před 15 lety na Northwestern University v Evanstonu syntetizován krystalický beta-C3N4 ve formě tenkých vrstev nanokrystalického materiálu o tvrdosti 55 GPa, sice nižší než u diamantu, ale vyšší než u jiných dosud známých materiálů. Předmětem výzkumu bylo a stále je, vedle studia vlastností, též nalezení průmyslově využitelné technologie k nanášení dostatečně silných vrstev beta-C3N4. Nedařilo se ani vylučování krystalické formy s obsahem dusíku více než 50 %.

Problém byl rozsáhle diskutován již na konferenci Eurosurf 1996 v Montreux a stal se i předmětem výzkumu v evropském programu COST 515. Zatím se předpoklady o průmyslové výrobě a využití beta-C3N4 nenaplnily, avšak i negativní výzkum rozšířil znalosti o C3N4 jako bázi katalyzátoru. Nitrid uhlíku se totiž podobně jako uhlík v diamantu a grafitu vyskytuje v několika alotropických modifikacích.

NITRID UHLÍKU JAKO "ZELENÝ" KATALYZÁTOR

Vědci z MPIKG a autoři zprávy Frédéric Goettmann, Arne Thomas a Markus Antonietti se při výběru nekovového katalyzátoru inspirovali přírodou, protože fotosyntéza má podle některých teorií probíhat cestou vazby CO2 na dusíkové atomy a tvorbou karbamátů či urethanů - solí a esterů karbaminové kyseliny (NH2-COOH). Experimentovali s katalyzátory bohatými na dusík, jejichž struktura dovoluje karbamáty vytvářet. Karbamáty by tak mohly sehrát další historickou roli mezistupně technologického procesu, tak jako v technologii výroby močoviny, nejúčinnějšího syntetického dusíkatého hnojiva.

Nekovový katalyzátor mpg-C3N4 je složen z plochých porézních nanovrstev podobné struktury jako grafit, v jehož hexagonálních cyklech se zde střídají atomy uhlíku a dusíku. V MPIKG byl grafitický nitrid uhlíku g-C3N4 syntetizován pyrolýzou dikyandiamidu a na mpg-C3N4 zpracován templátováním z koloidních vrstev. S vysokou stabilitou se chová jako ideální katalyzátor; přes mnoho interakcí neztrácí účinnost. Je vhodný také pro syntézy typu Fiedel-Crafts mj. i proto, že katalyzátor nezanechává odpad ze solí M3 (kde M je Al, Fe a další).

Dalším cílem ve vývoji katalyzátorů na CxNy bázi je: syntéza nových nanostruktur grafitického nitridu uhlíku, využití dalších katalytických schopností mpg-C3N4, syntéza nitridů uhlíku s jinými substitučními vzorci CxNy a vytvoření mpg-C3N4 jako nanoreaktoru pro přípravu nanostrukturovaných kovových nitridů.

PRVNÍ OXIDACE OXIDEM UHLIČITÝM

Zatím se zdá, že na rozdíl od beta modifikace C3N4 nebude mpg-C3N4 zklamáním. První zkoušky ukázaly jeho schopnost katalytické oxidace aromatického uhlovodíku benzenu (C6H6) oxidem uhličitým na fenol (C6H5-OH) za vzniku oxidu uhelnatého (CO) jako cenné suroviny pro další syntézy.

V prvním stupni procesu se vazby O=C=O v CO2 prolomí za vzniku kyslíkového diradikálu -O-, volných aminoskupin z nitridu uhlíku a CO vázaného na katalyzátor. Ve druhém stupni vstupuje volný kyslíkový diradikál do C-H vazby benzenu a vzniká fenol. CO se uvolňuje z katalyzátoru. V mezistupni, jak říká M. Antonietti, dochází podobně jako v přírodní fotosyntéze ke vzniku karbamátů z aminoskupin.

Zkoušky jsou velkou výzvou. Reakce podobného druhu, kde oxidačním činidlem je CO2, jsou zcela nové a ukazují na možnost zvládnutí dosud neznámé chemie procesů založených na zpracování CO2. Je to první krok k umělé fotosyntéze?


Související články


Poslední diskuse k článku - 0 příspěvků celkem

přidej nový příspěvek

Zatím žádný příspěvek
můžete na tento článek reagovat jako první...


EnviWeb s.r.o. neručí a nenese zodpovědnost za obsah diskusních příspěvků, diskuse nemoderuje ani nerediguje. Diskusní příspěvky vyjadřují názor jejich autorů. EnviWeb s.r.o. si vyhrazuje právo odstraňovat diskusní příspěvky, a to zejména takové, které odporují dobrým mravům, porušují platné zákony ČR, poškozují dobré jméno serveru nebo obsahují neplacenou reklamu. Diskuse NEJSOU určeny pro dotazy na autory článků nebo redaktory EnviWebu.



Search
Partneři
Regitas s.r.o.
ZmapujTo.cz
Fandíme EnviWebu
Výrobky a služby pro životní prostředí
Výrobky a služby pro životní prostředí
Partnerské časopisy
<< Předchozí Následující >>



Doporučujeme: Ekologove.cz - ekologie v každodenní praxi, EnviMarket.cz - nabídka výrobků a služeb, ZmapujTo.cz - hlášení podnětů od občanů, Nazeleno.cz - úspory energie, Inspirace v bydlení, Cena elektřiny, Dřevěné brikety, Palivové dřevo, Palivové dřevo, Palivové dřevo, Palivové dřevo, Palivové dřevo, Palivové dřevo


Enviweb s.r.o. využívá zpravodajství ČTK, jehož obsah je chráněn autorským zákonem.
Přepis, šíření či další zpřístupňování tohoto obsahu či jeho části veřejnosti,a to jakýmkoliv způsobem, je bez předchozího souhlasu ČTK výslovně zakázáno.
Copyright (2008) The Associated Press (AP) - všechna práva vyhrazena. Materiály agentury AP nesmí být dále publikovány, vysílány, přepisovány nebo redistribuovány.
Toplist