Et forskerteam har gjort betydelige opdagelser vedrørende de komplekse reaktionsmekanismer for kuldioxid (CO₂) i superkritisk vand. Disse fund er afgørende for at forstå de molekylære mekanismer for CO₂ -mineralisering og sekvestrering i naturen og teknik såvel som den dybe kulstofcyklus inden for jordens interiør. Denne forståelse vil hjælpe med at bane vejen for nye retninger i fremtidige carbon -sekvestreringsteknologier. Undersøgelsen blev offentliggjort i Forløb af National Academy of Sciences.
Opløsningen af CO₂ i vand og dets efterfølgende hydrolysereaktioner er nøgleprocesser til effektiv kulstoffangst og opbevaring af mineralisering, hvilket spiller en betydelig rolle i kulstofbinding for at mindske den globale opvarmning. Professor Pan’s team udviklede og anvendte førsteklasses Markov-modeller for at afsløre reaktionsmekanismerne for CO₂ med superkritisk vand i både bulk og nanokonfinerede miljøer.
De opdagede, at pyrocarbonat (C₂O₅²⁻) er en stabil og vigtig reaktionsmellemprodukt i nanokonfinerede miljøer, som tidligere var overset, fordi pyrocarbonat er meget ustabil og nedbrydes hurtigt i vandige opløsninger. Det uventede udseende af pyrocarbonat er relateret til de superioniske opførsel af de begrænsede opløsninger.
Derudover fandt de, at carbonationsreaktioner involverer kollektiv protonoverførsel langs forbigående vandkæder, der udviser samordnet opførsel i bulkopløsninger, men fortsætter trinvis under nanokonfinement. Denne undersøgelse demonstrerer det store potentiale for første-princip Markov-modeller i at belyse komplekse reaktionskinetik i vandige opløsninger.
“Vores innovative tilgang har gjort det muligt for os at opdage en ny vej til co₂ -opløsning, der involverer pyrocarbonationer,” sagde professor Chu Li, forskningsassistent fra Institut for Fysik.
“Vores effektive beregningsmetode er ikke afhængig af forudgående viden og kan automatisk identificere reaktionsveje uden human bias, hvilket afslører ukendte reaktionsmekanismer baseret på de første fysikprincipper.”
Professor Ding Pan tilføjede, “Vores metode anvender uovervåget læringsteknikker for at afsløre vigtigheden af store oxocarboner i vandige reaktioner under ekstreme forhold, mens de også viser, at nanokonfinement kan være en effektiv strategi til regulering af kemiske processer. Disse fund forventes at give nye retninger Til fremtidige kulstofbesøgsteknologier. “
Undersøgelsen blev ledet af lektor Pan fra Institut for Fysik og Department of Chemistry ved Hong Kong University of Science and Technology (HKUST), i samarbejde med prof. Yuan Yao fra Institut for Matematik.