Udnyttelse af sollys til at brænde fremtiden gennem kovalente organiske rammer

Fotokatalysatorer absorberer energi fra lys for at få en kemisk reaktion til at ske. Den bedst kendte fotokatalysator er måske klorofyl, det grønne pigment i planter, der hjælper med at omdanne sollys til kulhydrater. Mens kulhydrater kan falde i ugunst, fotokatalyse får mere opmærksomhed end nogensinde før. I en fotokatalytisk proces, lyset falder på en fotokatalysator, øger energien af ​​dets elektroner og får dem til at bryde deres bindinger og bevæge sig frit gennem katalysatoren. Disse "ophidsede" elektroner reagerer derefter med råmaterialerne i en kemisk reaktion for at producere ønskede produkter. En topprioritet inden for alternativ energiforskning er at bruge fotokatalysatorer til at omdanne solenergi til brændstof, en proces kaldet "sol-til-brændstof produktion."

I en artikel offentliggjort i Koordination Kemi anmeldelser , Dr. Changlei Xia fra Nanjing Forestry University, Kina; Dr. Kent Kirlikovali fra Northwestern University, OS.; Dr. Thi Hong Chuong Nguyen, Dr. Xuan Cuong Nguyen, Dr. Quoc Ba Tran, og Dr. Chinh Chien Nguyen fra Duy Tan University, Vietnam; Dr. Minh Khoa Duong og Dr. Minh Tuan Nguyen Dinh fra University of Da Nang, Vietnam; Dr. Dang Le Tri Nguyen fra Ton Duc Thang University, Vietnam; Dr. Pardeep Singh og Dr. Pankaj Raizada fra Shoolini University, Indien; Dr. Van-Huy Nguyen fra Binh Duong Universitet, Vietnam; Dr. Soo Young Kim og Dr. Quyet Van Le fra Korea University, Sydkorea; Dr. Laxman Singh fra Patliputra University, Indien; og Dr. Mohammadreza Shokouhimer fra Seoul National University, Sydkorea, har fremhævet potentialet ved kovalente organiske rammer (COF'er), en ny klasse af lysabsorberende materialer, i sol-til-brændstof produktion.

Som Dr. Pardeep Singh forklarer, "Solenergi er med succes blevet udnyttet til at lave elektricitet, men vi er endnu ikke i stand til effektivt at lave flydende brændstoffer af det. Disse solbrændstoffer, som brint, kunne være et rigeligt udbud af bæredygtige, kan opbevares, og bærbar energi."

COFs specialitet ligger i deres evne til at forbedre katalyse og tilføje specielle substituentmolekyler kaldet "funktionelle grupper" til deres struktur, give en vej uden om begrænsningerne ved eksisterende fotokatalysatorer. Dette skyldes visse gunstige egenskaber ved COF'er, såsom kemisk stabilitet, kontrollerbar porøsitet, og stærk elektrondelokalisering, hvilket gør dem ekstra stabile.

Som navnet antyder, COF'er består af organiske molekyler, der er bundet sammen til en struktur, der kan skræddersyes til forskellige applikationer. I øvrigt, stærk elektrondelokalisering betyder, at i modsætning til halvlederfotokatalysatorer, de exciterede elektroner rekombinerer kun sjældent midtvejs, hvilket resulterer i mere exciterede elektroner til den kemiske reaktion. Da disse reaktioner forekommer på overfladen af ​​fotokatalysatoren, COF'ernes øgede overfladeareal og modificerbare porøsitet er en kæmpe fordel. COF-fotokatalysatorer finder anvendelse i omdannelsen af ​​vand til brint, og produktion af metan fra kuldioxid, og lover således den dobbelte fordel ved at producere brændstof og afbøde den globale opvarmning. Desuden, de kan endda hjælpe med nitrogenfiksering, plastproduktion, og opbevaring af gasser.

En ny slags COF, kovalente triazinrammer (CTF'er), er i øjeblikket på forkant med forskning i brintproduktion. CTF'er har 20-50 gange evnen til at producere brint, sammenlignet med grafitiske fotokatalysatorer, hvilket gør dem til en meget lovende mulighed for fremtidig brændstofproduktion.

Imidlertid, før vi sætter den soldrevne vogn foran hesten, det er vigtigt at bemærke, at COF-baserede fotokatalysatorer er på et tidligt udviklingsstadium og stadig ikke producerer brændstof så effektivt som deres halvlederbaserede modstykker. Alligevel, deres enestående egenskaber og strukturelle mangfoldighed gør dem til lovende kandidater til fremtidig sol-til-brændstof forskning og en levedygtig løsning på den igangværende energikrise. "Det mest væsentlige spørgsmål er at udforske robuste COFs-afledte katalysatorer til de ønskede anvendelser. Det kan forventes, at COF-baserede fotokatalysatorer vil opnå en ny milepæl i de kommende år, " konkluderer en optimistisk Dr. Pankaj Raizada.

Ja, en fremtid baseret på ren energi synes ikke så langt væk.