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Photochemical CO2 hydrogenation to carbon nanotubes and H2O for oxygen recovery in space exploration
Joule ( IF 38.6 ) Pub Date : 2024-09-16 , DOI: 10.1016/j.joule.2024.08.007 Jun Wang, Jiajia Wang, Jianyong Feng, Yingfei Hu, Huiting Huang, Ningsi Zhang, Minyue Zhao, Wangxi Liu, Changhao Liu, Zhi Zhu, Shicheng Yan, Tao Yu, Ce Zhang, Wei Yao, Zhigang Zou, Zhaosheng Li
Joule ( IF 38.6 ) Pub Date : 2024-09-16 , DOI: 10.1016/j.joule.2024.08.007 Jun Wang, Jiajia Wang, Jianyong Feng, Yingfei Hu, Huiting Huang, Ningsi Zhang, Minyue Zhao, Wangxi Liu, Changhao Liu, Zhi Zhu, Shicheng Yan, Tao Yu, Ce Zhang, Wei Yao, Zhigang Zou, Zhaosheng Li
The primary source of oxygen in space exploration is derived from water electrolysis. Herein, we discovered a mild photochemical hydrogenation process that can convert CO2 into carbon nanotubes (CNTs) and H2O by using a Co-based catalyst. Hence, astronauts can extract oxygen from CO2 metabolism to close the oxygen recycling loop (overall reaction: CO2 → C + O2), allowing for ∼100% theoretical oxygen recovery. This photochemical technique has enabled a high turnover number (the molar ratio of C to Co) of 240 for CNT formation during a 100 h reaction in a flow reactor. The oxygen recovery efficiency reaches approximately 68% when using flowing CO2 and H2, surpassing the theoretical maximum (50%) for the Sabatier reaction combined with water electrolysis at the International Space Station. The tip-growth mode of CNTs principally allows long-term oxygen recovery from CO2, in addition to space manufacturing of CNTs.
中文翻译:
光化学 CO2 加氢制碳纳米管和 H2O 用于太空探索中的氧气回收
太空探索中氧气的主要来源来自水电解。在此,我们发现了一种温和的光化学加氢过程,可以通过使用 Co 基催化剂将 CO2 转化为碳纳米管 (CNT) 和 H2O。因此,宇航员可以从 CO2 代谢中提取氧气以闭合氧气循环(总反应:CO2 → C + O2),从而实现大约 100% 的理论氧气回收。这种光化学技术使在流动反应器中 100 h 反应期间形成 CNT 的 240 高周转数(C 与 Co 的摩尔比)成为可能。当使用流动的 CO2 和 H2 时,氧回收效率达到约 68%,超过了国际空间站 Sabatier 反应结合水电解的理论最大值 (50%)。除了 CNT 的空间制造外,CNT 的尖端生长模式主要允许从 CO2 中长期回收氧气。
更新日期:2024-09-16
中文翻译:
光化学 CO2 加氢制碳纳米管和 H2O 用于太空探索中的氧气回收
太空探索中氧气的主要来源来自水电解。在此,我们发现了一种温和的光化学加氢过程,可以通过使用 Co 基催化剂将 CO2 转化为碳纳米管 (CNT) 和 H2O。因此,宇航员可以从 CO2 代谢中提取氧气以闭合氧气循环(总反应:CO2 → C + O2),从而实现大约 100% 的理论氧气回收。这种光化学技术使在流动反应器中 100 h 反应期间形成 CNT 的 240 高周转数(C 与 Co 的摩尔比)成为可能。当使用流动的 CO2 和 H2 时,氧回收效率达到约 68%,超过了国际空间站 Sabatier 反应结合水电解的理论最大值 (50%)。除了 CNT 的空间制造外,CNT 的尖端生长模式主要允许从 CO2 中长期回收氧气。