Reduktion af CO2 med fælles elementer og sollys

En international forskningsgruppe, der samarbejder med Tokyo Institute of Technology, Université PARIS DIDEROT og CNRS har opdaget, at CO ₂ reduceres selektivt til CO, når en fotokatalysator sammensat af et organisk halvledermateriale og et jernkompleks udsættes for synligt lys. De har gjort det klart, at det er muligt at omdanne CO ₂ , den vigtigste faktor for global opvarmning, til en værdifuld kulstofressource ved at bruge synligt lys som energikilde, selv med en fotokatalysator, der kun består af almindeligt forekommende grundstoffer.

I de seneste år, teknologier til at reducere CO ₂ til en ressource, der bruger metalkomplekser og halvledere som fotokatalysatorer, der udvikles over hele verden. Hvis denne teknologi kaldet kunstig fotosyntese kan anvendes, videnskabsmænd ville være i stand til at omdanne CO ₂ , som betragtes som den vigtigste faktor for global opvarmning og bliver behandlet som en skurk, til en værdifuld kulstofressource ved hjælp af sollys som energikilde.

Komplekser og uorganiske halvledere indeholdende ædle og sjældne metaller såsom ruthenium, rhenium, og tantal er blevet brugt i meget aktive fotokatalysatorer rapporteret indtil nu. Imidlertid, i betragtning af den enorme mængde CO ₂ , der var et behov for at skabe nye fotokatalysatorer fremstillet udelukkende med elementer, der er bredt tilgængelige på Jorden.

Professor Osamu Ishitani, Lektor Kazuhiko Maeda, og deres samarbejdspartnere rapporterer, at ved at fusionere kulnitrid, en organisk halvleder, med et kompleks lavet af jern og organiske materialer og bruger det som fotokatalysator, det lykkedes dem at vende CO ₂ til en ressource med høj effektivitet under forudsætning af eksponering for synligt lys ved almindelig temperatur og tryk.

Ved at kombinere den organiske halvleder carbonnitrid, lavet af kulstof og nitrogen, med et jernkompleks og bruge det som fotokatalysator, de fandt ud af, at de kunne reducere kuldioxid (CO ₂ ) til carbonmonoxid (CO) ved høj effektivitet. Denne fotokatalytiske reaktion skrider frem, når den udsættes for synligt lys, som er hovedkomponenten i sollysets bølgelængdebånd. Kulnitridet absorberer synligt lys og driver migrationen af ​​elektroner fra reduktionsmidlet til jernkomplekset, katalysatoren. Jernkomplekset bruger disse elektroner til at reducere CO ₂ til CO. Omsætningsnummeret, den eksterne kvanteeffektivitet, og selektiviteten af ​​CO ₂ reduktion – præstationsindikatorer for dannelse af CO – nåede 155, 4,2 %, og 99 %, henholdsvis. Disse værdier er næsten de samme, som når der anvendes ædelmetal eller sjældne metalkomplekser, og omkring ti gange mere end fotokatalysatorer rapporteret hidtil ved brug af uædle metaller eller organiske molekyler.

Denne forskning var den første til at påvise, at CO ₂ kan reduceres til en ressource effektivt ved at bruge sollys som energikilde, selv ved at bruge materialer, der findes rigeligt på Jorden, såsom kulstof, nitrogen, og jern. De resterende opgaver er at forbedre deres funktion som fotokatalysator yderligere og lykkes med at sammensmelte dem med oxidationsfotokatalysatorer, som kan bruge vand, som findes rigeligt på Jorden og er billig, som reduktionsmiddel.