Elementært bor er en effektiv fototermokatalysator til omdannelse af kuldioxid

En "selvopvarmende" borkatalysator, der gør særlig effektiv brug af sollys til at reducere kuldioxid (CO2), fungerer som en let høstmaskine, fototermisk konverter, brintgenerator, og katalysator i ét. I journalen Angewandte Chemie , forskere introducerer en fototermokatalytisk reaktion, der ikke kræver nogen tilsætningsstoffer ud over vand. Dette kunne danne grundlag for en ny, mere effektiv proces til at omdanne drivhusgassen CO2 til en nyttig kulstofkilde til produktion af brændstoffer og kemiske produkter.

Den ideelle vej til at gøre CO2 nyttig anses for at være reduktion hjulpet af en fotokatalysator til at bruge sollys som den eneste energikilde - en proces, der svarer til det første trin i fotosyntesen. På trods af årtiers forskning, processer til omdannelse af CO2 er stadig for ineffektive. "Dette skyldes i høj grad den utilstrækkelige udnyttelse af sollyset, den høje energibarriere for CO2-aktivering, og den træge kinetik af de multiple elektron- og protonoverførselsprocesser, " forklarer Jinhua Ye.

Arbejder med et team for National Institute for Materials Science (NIMS) i Tsukuba, Ibaraki, og Hokkaido Universitet i Sapporo (Japan), samt Tianjin University og Nanjing University of Aeronautics and Astronautics (Kina), Ye forfølger nu en strategi, der bruger både lys og termisk energi fra sollys. Når solen skinner på en overflade, den er opvarmet. Forskerne ønsker at bruge denne almindelige fototermiske effekt til at øge effektiviteten af ​​katalytiske systemer. Deres valgte materiale er pulveriseret elementært bor, som meget stærkt absorberer sollys og effektivt omdanner det fototermisk, varmer sig bemærkelsesværdigt op. Dette gjorde det muligt for holdet at udføre den effektive reduktion af CO2 for at danne kulilte (CO) og metan (CH4) under bestråling i nærvær af vand, uden yderligere reagenser eller co-katalysatorer.

Bestråling får borpartiklerne til at varme op til omkring 378 °C. Ved denne temperatur reagerer det med vand, danner brint- og boroxider in situ. Boroxiderne fungerer som "fælder" for CO2-molekyler. Brinten er meget reaktiv og, i nærværelse af den lysaktiverede borkatalysator, reducerer CO2 effektivt ved at levere de nødvendige protoner (H+) og elektroner.

"Nøglen til vores succes ligger i borpulverets gunstige egenskaber, hvilket gør den til en alt-i-én katalysator:let høstmaskine, fototermisk konverter, brintkilde, og katalysator, " siger Ye. "Vores undersøgelse bekræfter det meget lovende potentiale i en fototermokatalytisk strategi for omdannelse af CO2 og åbner potentielt nye udsigter for udviklingen af ​​andre solenergi-drevne reaktionssystemer."