نینو ٹیکنالوجی ناؤ - پریس ریلیز: کیٹلیٹک کومبو CO2 کو ٹھوس کاربن نانوفائبرز میں تبدیل کرتا ہے: ٹینڈم الیکٹرو کیٹیلیٹک-تھرموکیٹلیٹک تبدیلی کاربن کو ایک مفید مواد میں بند کر کے طاقتور گرین ہاؤس گیس کے اخراج کو دور کرنے میں مدد کر سکتا ہے

افلاطون کے ذریعہ دوبارہ شائع کیا گیا۔

فالونگ: 0

ہوم پیج (-) > پریس > کیٹلیٹک کومبو CO2 کو ٹھوس کاربن نانوفائبرز میں تبدیل کرتا ہے: ٹینڈم الیکٹرو کیٹیلیٹک-تھرموکیٹیلیٹک تبدیلی کاربن کو مفید مواد میں بند کرکے طاقتور گرین ہاؤس گیس کے اخراج کو پورا کرنے میں مدد کر سکتی ہے۔

سائنسدانوں نے فضا سے کاربن ڈائی آکسائیڈ (CO2) کو قیمتی کاربن نانوفائبرز میں تبدیل کرنے کی حکمت عملی تیار کی ہے۔ یہ عمل CO2 (ٹیل اور سلور مالیکیولز) کے علاوہ پانی (جامنی اور ٹیل) کو "فکسڈ" کاربن نانوفائبرز (چاندی) میں تبدیل کرنے کے لیے ٹینڈم الیکٹرو کیٹیلیٹک (نیلی رنگ) اور تھرموکاٹیلیٹک (نارنج رنگ) کے رد عمل کا استعمال کرتا ہے، جس سے ہائیڈروجن گیس (H2، جامنی رنگ) پیدا ہوتی ہے۔ ) ایک فائدہ مند ضمنی پروڈکٹ کے طور پر۔ کاربن نانوفائبرس کا استعمال تعمیراتی مواد کو مضبوط بنانے کے لیے کیا جا سکتا ہے جیسے سیمنٹ اور کاربن کو کئی دہائیوں تک بند کر دیا جائے۔

کریڈٹ
(Zhenhua Xie/Brookhaven National Laboratory and Columbia University; Erwei Huang/Brookhaven National Laboratory)

خلاصہ:
یو ایس ڈپارٹمنٹ آف انرجی (DOE) بروکھاوین نیشنل لیبارٹری اور کولمبیا یونیورسٹی کے سائنسدانوں نے کاربن ڈائی آکسائیڈ (CO2)، ایک طاقتور گرین ہاؤس گیس کو کاربن نانوفائبرز میں تبدیل کرنے کا ایک طریقہ تیار کیا ہے، ایسے مواد جس میں منفرد خصوصیات کی ایک وسیع رینج ہے اور بہت سے ممکنہ طویل عرصے تک۔ اصطلاح استعمال کرتا ہے. ان کی حکمت عملی نسبتاً کم درجہ حرارت اور محیطی دباؤ پر چلنے والے ٹینڈم الیکٹرو کیمیکل اور تھرمو کیمیکل رد عمل کا استعمال کرتی ہے۔ جیسا کہ سائنس دان نیچر کیٹالیسس جریدے میں بیان کرتے ہیں، یہ نقطہ نظر کاربن کو ایک مفید ٹھوس شکل میں کامیابی سے بند کر سکتا ہے تاکہ منفی کاربن کے اخراج کو آفسیٹ یا حاصل کیا جا سکے۔

کیٹلیٹک کومبو CO2 کو ٹھوس کاربن نانوفائبرز میں تبدیل کرتا ہے: ٹینڈم الیکٹرو کیٹیلیٹک-تھرموکیٹلیٹک تبدیلی کاربن کو مفید مواد میں بند کرکے طاقتور گرین ہاؤس گیس کے اخراج کو پورا کرنے میں مدد کر سکتی ہے۔

اپٹن، نیو یارک | 12 جنوری 2024 کو پوسٹ کیا گیا۔

"آپ سیمنٹ کو مضبوط بنانے کے لیے کاربن نانوفائبرز کو سیمنٹ میں ڈال سکتے ہیں،" کولمبیا میں کیمیکل انجینئرنگ کے پروفیسر جِنگ گوانگ چن نے کہا، جس نے تحقیق کی قیادت کرنے والے بروکاون لیب میں مشترکہ ملاقات کی۔ "یہ کاربن کو کم از کم 50 سال تک کنکریٹ میں بند کر دے گا، ممکنہ طور پر زیادہ۔ تب تک، دنیا کو بنیادی طور پر قابل تجدید توانائی کے ذرائع کی طرف منتقل کر دینا چاہیے جو کاربن کا اخراج نہیں کرتے ہیں۔

بونس کے طور پر، یہ عمل ہائیڈروجن گیس (H2) بھی پیدا کرتا ہے، جو کہ ایک امید افزا متبادل ایندھن ہے جو استعمال ہونے پر، صفر اخراج پیدا کرتا ہے۔

کاربن کو پکڑنا یا تبدیل کرنا
ماحولیاتی تبدیلیوں سے نمٹنے کے لیے CO2 کو حاصل کرنے یا اسے دوسرے مواد میں تبدیل کرنے کا خیال نیا نہیں ہے۔ لیکن صرف CO2 گیس کو ذخیرہ کرنے سے لیک ہو سکتا ہے۔ اور بہت سے CO2 کی تبدیلیاں کاربن پر مبنی کیمیکل یا ایندھن پیدا کرتی ہیں جو فوراً استعمال ہوتے ہیں، جو CO2 کو واپس فضا میں چھوڑ دیتے ہیں۔

چن نے کہا، "اس کام کا نیاپن یہ ہے کہ ہم CO2 کو کسی ایسی چیز میں تبدیل کرنے کی کوشش کر رہے ہیں جو ویلیو ایڈڈ ہے لیکن ایک ٹھوس، مفید شکل میں،" چن نے کہا۔

اس طرح کے ٹھوس کاربن مواد—بشمول کاربن نانوٹوبس اور نانوفائبرز جن کے طول و عرض ایک میٹر کے اربویں حصے ہیں—میں بہت سی دلکش خصوصیات ہوتی ہیں، بشمول طاقت اور تھرمل اور برقی چالکتا۔ لیکن کاربن ڈائی آکسائیڈ سے کاربن نکالنا اور اسے ان عمدہ ڈھانچے میں جمع کرنا کوئی آسان بات نہیں ہے۔ ایک براہ راست، گرمی سے چلنے والے عمل کے لیے 1,000 ڈگری سیلسیس سے زیادہ درجہ حرارت کی ضرورت ہوتی ہے۔

"یہ بڑے پیمانے پر CO2 کی تخفیف کے لئے بہت غیر حقیقی ہے،" چن نے کہا۔ "اس کے برعکس، ہم نے ایک ایسا عمل پایا جو تقریباً 400 ڈگری سیلسیس پر ہو سکتا ہے، جو کہ ایک بہت زیادہ عملی، صنعتی طور پر قابل حصول درجہ حرارت ہے۔"

ٹینڈم دو قدم
چال یہ تھی کہ رد عمل کو مراحل میں توڑا جائے اور دو مختلف قسم کے اتپریرک کا استعمال کیا جائے — وہ مواد جو مالیکیولز کے لیے اکٹھے ہونا اور رد عمل کا اظہار کرنا آسان بناتے ہیں۔

"اگر آپ رد عمل کو کئی ذیلی رد عمل کے مراحل میں جوڑ دیتے ہیں تو آپ رد عمل کے ہر حصے کو کام کرنے کے لیے مختلف قسم کے انرجی ان پٹ اور اتپریرک استعمال کرنے پر غور کر سکتے ہیں،" بروکاوین لیب اور کولمبیا کے تحقیقی سائنسدان ژینہوا ژی نے کہا۔

سائنس دانوں نے یہ محسوس کرتے ہوئے شروع کیا کہ کاربن مونو آکسائیڈ (CO) کاربن نانوفائبرز (CNF) بنانے کے لیے CO2 سے زیادہ بہتر ابتدائی مواد ہے۔ پھر وہ CO2 سے CO پیدا کرنے کا سب سے موثر طریقہ تلاش کرنے کے لیے پیچھے ہٹ گئے۔

ان کے گروپ کے ابتدائی کام نے انہیں کاربن پر سپورٹ شدہ پیلیڈیم سے بنا تجارتی طور پر دستیاب الیکٹرو کیٹیلسٹ استعمال کرنے کی ہدایت کی۔ الیکٹرو کیٹیلسٹ برقی رو کا استعمال کرتے ہوئے کیمیائی رد عمل چلاتے ہیں۔ بہتے الیکٹران اور پروٹون کی موجودگی میں، عمل انگیز CO2 اور پانی (H2O) دونوں کو CO اور H2 میں تقسیم کرتا ہے۔

دوسرے مرحلے کے لیے، سائنسدانوں نے لوہے کے کوبالٹ مرکب سے بنا حرارت سے چلنے والے تھرموکیٹیلیسٹ کا رخ کیا۔ یہ 400 ڈگری سیلسیس کے ارد گرد درجہ حرارت پر کام کرتا ہے، جس میں براہ راست CO2 سے CNF کی تبدیلی کی ضرورت ہوتی ہے سے نمایاں طور پر ہلکا ہوتا ہے۔ انہوں نے یہ بھی دریافت کیا کہ تھوڑا سا اضافی دھاتی کوبالٹ شامل کرنے سے کاربن نانوفائبرز کی تشکیل میں اضافہ ہوتا ہے۔

چن نے کہا کہ "الیکٹروکیٹالیسس اور تھرموکاٹالیسس کو جوڑ کر، ہم اس ٹینڈم عمل کو ایسی چیزوں کو حاصل کرنے کے لیے استعمال کر رہے ہیں جو اکیلے کسی بھی عمل سے حاصل نہیں ہو سکتے،" چن نے کہا۔

اتپریرک خصوصیات
یہ اتپریرک کیسے کام کرتے ہیں اس کی تفصیلات دریافت کرنے کے لیے، سائنسدانوں نے وسیع پیمانے پر تجربات کیے۔ ان میں کمپیوٹیشنل ماڈلنگ اسٹڈیز، بروکھاوین لیب کے نیشنل سنکروٹرن لائٹ سورس II (NSLS-II) میں جسمانی اور کیمیائی خصوصیات کے مطالعے شامل تھے — جس میں کوئیک ایکس رے ابسورپشن اینڈ سکیٹرنگ (QAS) اور اندرونی شیل سپیکٹروسکوپی (ISS) بیم لائنز — اور مائکروسکوپک امیجنگ شامل تھے۔ لیب کے سینٹر فار فنکشنل نینو میٹریلز (CFN) میں الیکٹران مائیکروسکوپی کی سہولت پر۔

ماڈلنگ کے محاذ پر، سائنسدانوں نے "کثافت فنکشنل تھیوری" (DFT) کیلکولیشنز کا استعمال کیا تاکہ فعال کیمیائی ماحول کے ساتھ تعامل کرتے وقت جوہری انتظامات اور اتپریرک کی دیگر خصوصیات کا تجزیہ کیا جا سکے۔

"ہم اس بات کا تعین کرنے کے لیے ڈھانچے کو دیکھ رہے ہیں کہ رد عمل کے حالات میں اتپریرک کے مستحکم مراحل کیا ہیں،" بروکھاوین کی کیمسٹری ڈویژن کے مطالعہ کے شریک مصنف پنگ لیو نے وضاحت کی جس نے ان حسابات کی قیادت کی۔ "ہم فعال سائٹس کو دیکھ رہے ہیں اور یہ کہ یہ سائٹس کس طرح رد عمل کے انٹرمیڈیٹس کے ساتھ منسلک ہیں۔ رکاوٹوں، یا منتقلی کی حالتوں کا تعین کرکے، ایک قدم سے دوسرے قدم تک، ہم بالکل سیکھتے ہیں کہ رد عمل کے دوران عمل انگیز کیسے کام کر رہا ہے۔"

NSLS-II میں ایکس رے کے پھیلاؤ اور ایکس رے جذب تجربات نے اس بات کا پتہ لگایا کہ کس طرح عمل انگیز رد عمل کے دوران جسمانی اور کیمیائی طور پر تبدیل ہوتے ہیں۔ مثال کے طور پر، سنکروٹرون ایکس رے نے انکشاف کیا کہ کس طرح برقی رو کی موجودگی کاتلیسٹ میں دھاتی پیلیڈیم کو پیلیڈیم ہائیڈرائیڈ میں تبدیل کرتی ہے، ایک ایسی دھات جو پہلے رد عمل کے مرحلے میں H2 اور CO دونوں پیدا کرنے کی کلید ہے۔

دوسرے مرحلے کے لیے، "ہم جاننا چاہتے تھے کہ رد عمل کے حالات میں آئرن-کوبالٹ سسٹم کی ساخت کیا ہے اور آئرن-کوبالٹ کیٹیلسٹ کو کیسے بہتر بنایا جائے،" Xie نے کہا۔ ایکس رے تجربات نے اس بات کی تصدیق کی کہ لوہے اور کوبالٹ دونوں کے علاوہ کچھ اضافی دھاتی کوبالٹ موجود ہیں اور CO کو کاربن نانوفائبرز میں تبدیل کرنے کی ضرورت ہے۔

"دونوں مل کر ترتیب وار کام کرتے ہیں،" لیو نے کہا، جس کے DFT حسابات نے اس عمل کی وضاحت میں مدد کی۔

"ہمارے مطالعہ کے مطابق، مرکب میں کوبالٹ آئرن سائٹس کاربن مونو آکسائیڈ کے C-O بانڈز کو توڑنے میں مدد کرتی ہیں۔ یہ جوہری کاربن کو کاربن نانوفائبر بنانے کے لیے ذریعہ کے طور پر کام کرنے کے لیے دستیاب کرتا ہے۔ پھر اضافی کوبالٹ C-C بانڈز کی تشکیل کو آسان بنانے کے لیے موجود ہے جو کاربن ایٹموں کو جوڑتے ہیں،‘‘ اس نے وضاحت کی۔

ری سائیکل کے لیے تیار، کاربن منفی
CFN کے سائنسدان اور مطالعہ کے شریک مصنف سوئیون ہوانگ نے کہا، "CFN میں کیے گئے ٹرانسمیشن الیکٹران مائیکروسکوپی (TEM) کے تجزیے سے کاربن نانوفائبرز کے اندر کیٹلسٹس کے ساتھ اور اس کے بغیر شکلوں، کرسٹل ڈھانچے اور عنصری تقسیم کا انکشاف ہوا۔"

تصاویر سے پتہ چلتا ہے کہ، جیسے جیسے کاربن نانوفائبرز بڑھتے ہیں، اتپریرک سطح سے اوپر اور دور ہو جاتا ہے۔ چن نے کہا کہ یہ اتپریرک دھات کو ری سائیکل کرنا آسان بناتا ہے۔

انہوں نے کہا کہ "ہم کاربن نانوفائبر کو تباہ کیے بغیر دھات کو باہر نکالنے کے لیے تیزاب کا استعمال کرتے ہیں تاکہ ہم دھاتوں کو مرتکز کر سکیں اور انہیں دوبارہ ایک اتپریرک کے طور پر استعمال کرنے کے لیے ری سائیکل کر سکیں،" انہوں نے کہا۔

محققین نے کہا کہ اتپریرک ری سائیکلنگ کی یہ آسانی، اتپریرک کی تجارتی دستیابی، اور دوسرے رد عمل کے لیے نسبتاً ہلکے رد عمل کے حالات، سبھی توانائی اور اس عمل سے وابستہ دیگر اخراجات کے سازگار تشخیص میں معاون ہیں۔

"عملی ایپلی کیشنز کے لیے، دونوں واقعی اہم ہیں - CO2 فوٹ پرنٹ کا تجزیہ اور اتپریرک کی ری سائیکلیبلٹی،" چن نے کہا۔ "ہمارے تکنیکی نتائج اور یہ دوسرے تجزیے یہ ظاہر کرتے ہیں کہ یہ ٹینڈم حکمت عملی قابل تجدید H2 پیدا کرتے ہوئے قابل قدر ٹھوس کاربن مصنوعات میں CO2 کو ڈیکاربونائز کرنے کا دروازہ کھولتی ہے۔"

اگر یہ عمل قابل تجدید توانائی سے چلتے ہیں، تو نتائج واقعی کاربن منفی ہوں گے، جس سے CO2 کی تخفیف کے نئے مواقع کھلیں گے۔

اس تحقیق کو DOE آفس آف سائنس (BES) کی حمایت حاصل تھی۔ DFT کے حساب کتاب CFN اور DOE کی لارنس برکلے نیشنل لیبارٹری میں نیشنل انرجی ریسرچ سائنٹیفک کمپیوٹنگ سینٹر (NERSC) میں کمپیوٹیشنل وسائل کا استعمال کرتے ہوئے کیے گئے۔ NSLS-II، CFN، اور NERSC DOE آفس آف سائنس صارف کی سہولیات ہیں۔

####

DOE/Brookhaven نیشنل لیبارٹری کے بارے میں
بروکاوین نیشنل لیبارٹری کو امریکی محکمہ توانائی کے آفس آف سائنس کی مدد حاصل ہے۔ آفس آف سائنس ریاستہائے متحدہ میں فزیکل سائنسز میں بنیادی تحقیق کا واحد سب سے بڑا حامی ہے اور ہمارے وقت کے سب سے اہم چیلنجوں سے نمٹنے کے لیے کام کر رہا ہے۔ مزید معلومات کے لیے سائنس.energy.gov پر جائیں۔

سوشل میڈیا پر @ BrookhavenLab کو فالو کریں۔ ہمیں Instagram، LinkedIn، Twitter، اور Facebook پر تلاش کریں۔

مزید معلومات کے لئے، براہ مہربانی کلک کریں یہاں

رابطے:
کیرن میکنٹی والش
DOE/Brookhaven نیشنل لیبارٹری
آفس: 631-344-8350

کاپی رائٹ © DOE/Brookhaven نیشنل لیبارٹری

اگر آپ کے پاس کوئی تبصرہ ہے، تو براہ مہربانی رابطہ کریں ہم سے.

خبروں کی ریلیز جاری کرنے والے، نہ کہ 7th Wave, Inc. یا Nanotechnology Now، مواد کی درستگی کے لیے مکمل طور پر ذمہ دار ہیں۔

بک مارک: