Effektiv kuldioxidreduktion under synligt lys med en ny, billig katalysator

En ny koordinationspolymer-baseret fotokatalysator for CO₂ reduktion udviser en hidtil uset præstation, hvilket giver videnskabsmænd ved Tokyo Tech håb i kampen mod global opvarmning. Fremstillet af rigelige grundstoffer og kræver ingen kompleks postsyntesebehandling eller modifikationer, denne lovende fotokatalysator kan bane vejen for en ny klasse af fotokatalysatorer til effektiv omdannelse af CO₂ til nyttige kemikalier.

Kuldioxiden (CO₂ ) frigivet til atmosfæren under afbrænding af fossile brændstoffer er en førende årsag til global opvarmning. En måde at håndtere denne voksende trussel på er at udvikle CO₂ reduktionsteknologier, som omdanner CO₂ til nyttige kemikalier, såsom CO og myresyre (HCOOH). Især fotokatalytisk CO₂ reduktionssystemer bruger synligt eller ultraviolet lys til at drive CO₂ reduktion, meget ligesom hvordan planter bruger sollys til at udføre fotosyntese. I løbet af de sidste par år har forskere rapporteret om mange sofistikerede fotokatalysatorer baseret på metalorganiske rammer og koordinationspolymerer (CP'er). Desværre kræver de fleste af dem enten kompleks eftersyntesebehandling og modifikationer eller er lavet af ædle metaller.

I en nylig undersøgelse offentliggjort i ACS Catalysis , fandt et forskerhold Japan en måde at overvinde disse udfordringer på. Ledet af den særligt udnævnte adjunkt Yoshinobu Kamakura og professor Kazuhiko Maeda fra Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), udviklede holdet en ny slags fotokatalysator for CO₂ reduktion baseret på en CP indeholdende bly-svovl (Pb-S) bindinger. Kendt som KGF-9, den nye CP består af en uendelig (–Pb–S–) n-struktur med egenskaber, der er ulig nogen anden kendt fotokatalysator.

For eksempel har KGF-9 ingen porer eller hulrum, hvilket betyder, at den har et lavt overfladeareal. På trods af dette opnåede den dog en spektakulær fotoreduktionsydelse. Under bestråling med synligt lys ved 400 nm viste KGF-9 et tilsyneladende kvanteudbytte (produktudbytte pr. absorberet foton) på 2,6 % og en selektivitet på over 99 % i reduktionen af ​​CO₂ at formatere (HCOO−). "Disse værdier er de hidtil højeste rapporterede for en ædelmetalfri, enkeltkomponent fotokatalysator-drevet reduktion af CO₂ til HCOO−," siger prof. Maeda. "Vores arbejde kunne kaste lys over potentialet af ikke-porøse CP'er som byggeenheder til fotokatalytisk CO₂ konverteringssystemer."

Ud over dens bemærkelsesværdige ydeevne er KGF-9 lettere at syntetisere og bruge sammenlignet med andre fotokatalysatorer. Siden de aktive Pb-steder (hvor CO₂ reduktion forekommer) allerede er "installeret" på overfladen, kræver KGF-9 ikke tilstedeværelsen af ​​en cokatalysator, såsom metalnanopartikler eller metalkomplekser. Desuden kræver det ingen andre eftersyntesemodifikationer for at fungere ved stuetemperatur og under synligt lys.

Teamet hos Tokyo Tech er allerede i gang med at udforske nye strategier for at øge overfladearealet af KGF-9 og øge dens ydeevne yderligere. Som den første fotokatalysator med Pb(II) som aktivt center, er der en god chance for, at KGF-9 vil bane vejen for en mere økonomisk gennemførlig CO₂ reduktion. I denne forbindelse siger forskerholdet:"Vi mener, at vores undersøgelse giver en hidtil uset mulighed for at udvikle en ny klasse af billige fotokatalysatorer til CO₂ reduktion bestående af jordrige elementer." + Udforsk yderligere

Ny fotokatalysator øger vandspaltningseffektiviteten til ren brintproduktion