การออกแบบและพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อเปลี่ยนก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เป็นสารผลิตภัณฑ์ที่มีมูลค่า

บทคัดย่อ

<p>ความเข้มข้นของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ที่เพิ่มขึ้นในชั้นบรรยากาศเป็นปัญหาสำคัญที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางสภาพภูมิอากาศและการเกิดภาวะโลกร้อน ทำให้เกิดความพยายามในการลดการปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เข้าสู่ชั้นบรรยากาศมานานนับทศวรรษ เทคโนโลยีการลดคาร์บอนไดออกไซด์ด้วยไฟฟ้าเคมี (electroreduction of CO2) เป็นอีกวิธีการหนึ่งที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดสำหรับการนำก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์กลับมาใช้เป็นพลังงานใหม่ โดยกุญแจสำคัญในการส่งเสริมเทคโนโลยีนี้คือการพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาทางไฟฟ้าเคมีที่มีประสิทธิภาพสูง (electrocatalysts) โดยในทีนี้เป็นที่รู้กันดีว่าตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดทองแดง (Cu) เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดสำหรับปฏิกิริยาการลดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2 reduction reaction หรือ CO2RR) อย่างไรก็ตาม ตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดนี้ มีความสามารถในการเลือกเกิดปฏิกิริยาแบบเฉพาะเจาะจงที่ไม่ดีนัก ส่งผลให้เกิดการสิ้นเปลืองพลังงานต่อการผลิตสารผลิตภัณฑ์ตามที่ต้องการ ในงานวิจัยนี้มุ่งเป้าไปยังการออกแบบและพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีประศักยภาพสูง สำหรับปฏิกิริยาการเปลี่ยนก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ไปเป็นสารผลิตภัณฑ์ที่มีมูลค่าเพิ่ม โดยมุ่งเน้นไปที่วัสดุนาโนชนิดอะตอมเดี่ยวที่มีลักษณะมิติทางโครงสร้างที่แตกต่างกัน เช่น โครงสร้างแบบหนึ่งมิติ, สองมิติ และ สามมิติ เป็นต้น</p> <p>ตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดโลหะอะตอมเดี่ยว (Single atom catalysts หรือ SACs) ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการเกิดปฏิกิริยาและการเลือกเกิดสารผลิตภัณฑ์แบบเฉพาะเจาะจงได้ดี ซึ่งสามารถใช้อะตอมของโลหะได้อย่างเกิดประโยชน์สูงสุด อย่างไรก็ตามการค้นคว้าและพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดใหม่ซึ่งมีโครงสร้างที่ซับซ้อนสำหรับปฏิกิริยา CO2RR นั้น ต้องใช้ตุ้นทุนที่สูงตามไปด้วย จึงทำให้เกิดข้อกำจำกัดในด้านการศึกษาและวิจัย ด้วยเหตุนี้การวิธีตรวจสอบและคัดเลือกตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดโลหะอะตอมเดี่ยวในเบื้องต้นอย่างมีประสิทธิผล จึงเป็นเรื่องเร่งด่วนที่ต้องปรับปรุงและพัฒนา สำหรับระเบียบวิธี Density functional theory หรือ DFT นั้น เมื่อนำมาใช้ควบคู่กับ Machine learning เทคนิค จะกลายเป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพสำหรับการค้นหาและออกแบบตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีศักยภาพก่อนทำการทดลองจริง ขั้นตอนการทำงานแบบบูรณาการนี้จะช่วยเร่งการพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดใหม่ที่มีประสิทธิภาพสูง และเสริมความก้าวหน้าในงานวิจัยด้านการพัฒนาการสังเคราะห์แสงเทียม (Artificial Photosynthesis) ของประเทศไทย</p>

คำสำคัญ