Een team van scheikundigen van de Universiteit van Kentucky en het Institute of Physics Research van Mar del Plata in Argentinië heeft zojuist een manier gerapporteerd om een ​​fundamentele stap in het mechanisme van fotosynthese te zetten, een proces met een groot potentieel voor de ontwikkeling van nieuwe technologie om het kooldioxidegehalte te verlagen.

Onder leiding van Marcelo Guzman, een universitair hoofddocent scheikunde> in het UK College of Arts and Sciences, en Ruixin Zhou, een doctoraatsstudent die samenwerkt met Guzman, gebruikten de onderzoekers een synthetisch nanomateriaal dat de sterk reducerende kracht van koperoxide (Cu ₂ O) met een coating van oxiderend titaniumdioxide (TiO ₂ ) dat het verlies van koper(I)-ionen in de katalysator voorkomt. De katalysator gemaakt van Cu ₂ O/TiO ₂ heeft het unieke vermogen om elektronen over te dragen voor het verminderen van het atmosferische broeikasgas koolstofdioxide (CO ₂ ) terwijl tegelijkertijd het watermolecuul (H ₂ O). Het unieke kenmerk van deze katalysator voor elektronenoverdracht bootst het zogenaamde "Z-schema"-mechanisme van fotosynthese na.

Gepubliceerd in Toegepaste Katalyse B:Milieu , de onderzoekers toonden aan dat als de katalysator wordt blootgesteld aan zonlicht elektronen worden overgedragen naar CO ₂ in een proces dat lijkt op de manier waarop fotosystemen 1 en 2 in de natuur werken.

"Ontwikkelen van materialen die gecombineerd kunnen worden om CO . te verminderen ₂ via een direct Z-schema mechanisme met zonlicht is een belangrijk probleem, "zei Zhou. "Echter, het is nog moeilijker om aan te tonen dat het proces echt werkt. Vanuit dit wetenschappelijke standpunt het onderzoek draagt ​​bij aan geavanceerde technologie voor koolstofvastlegging."

Dit is een taak die veel wetenschappers al heel lang nastreven, maar de uitdaging is om te bewijzen dat beide componenten van de katalysator op elkaar inwerken om de elektronische eigenschappen van een Z-schema-mechanisme mogelijk te maken. Hoewel er verschillende materialen kunnen worden gebruikt, het belangrijkste aspect van dit onderzoek is dat de katalysator niet is gemaakt van schaarse en zeer dure elementen zoals rhenium en iridium om de reacties aan te sturen met zonlicht dat het aardoppervlak bereikt. De katalysator gebruikte corrosiebestendig TiO ₂ om een ​​witte beschermende coating aan te brengen op octaëdrische deeltjes rode Cu ₂ O.

Het team ontwierp een reeks experimenten om de hypothese te testen dat de katalysator via een Z-schema werkt in plaats van een overdrachtsmechanisme met dubbele lading te gebruiken. De gemeten koolmonoxide (CO) productie uit CO ₂ vermindering, de identificatie van hydroxylradicaal (HO ^• ) tussenliggend vanaf H ₂ O-oxidatie onderweg om zuurstof te vormen (O ₂ ), en de gekarakteriseerde elektronische en optische eigenschappen van de katalysator en individuele componenten bevestigden dat het voorgestelde Z-schema operationeel was.

Het volgende doel van het onderzoek is om de aanpak te verbeteren door een reeks verschillende katalysatoren te onderzoeken en de meest efficiënte te identificeren om CO2 te transformeren. ₂ omgezet in chemische brandstoffen zoals methaan. Op deze manier, nieuwe technologie zal worden gecreëerd om schone en betaalbare alternatieve energiebronnen te leveren en om het probleem van het continue verbruik van fossiele brandstoffen en de stijgende niveaus van broeikasgassen aan te pakken.

Dit onderzoek werd gedeeltelijk ondersteund door de Amerikaanse National Science Foundation, UK en door twee Argentijnse agentschappen (CONICET en ANPCyT).