Een "zelfverwarmende" boorkatalysator die bijzonder efficiënt gebruik maakt van zonlicht om koolstofdioxide (CO2) te verminderen, dient als een lichte oogstmachine, fotothermische omvormer, waterstofgenerator, en katalysator in één. In het journaal Angewandte Chemie , onderzoekers introduceren een fotothermokatalytische reactie die geen toevoegingen buiten water vereist. Dit zou de basis kunnen vormen voor een nieuwe, efficiënter proces om het broeikasgas CO2 om te zetten in een bruikbare koolstofbron voor de productie van brandstoffen en chemische producten.

De ideale route om CO2 nuttig te maken, wordt beschouwd als reductie, geholpen door een fotokatalysator om zonlicht als de enige energiebron te gebruiken - een proces dat overeenkomt met de eerste stap van fotosynthese. Ondanks tientallen jaren van onderzoek, processen om CO2 om te zetten zijn nog te inefficiënt. "Dit is grotendeels te wijten aan het onvoldoende gebruik van zonnelicht, de hoge energiebarrière voor CO2-activering, en de trage kinetiek van de meervoudige elektronen- en protonenoverdrachtsprocessen, " legt Jinhua Ye uit.

Werken met een team voor het National Institute for Materials Science (NIMS) in Tsukuba, Ibaraki, en Hokkaido Universiteit in Sapporo (Japan), evenals Tianjin University en Nanjing University of Aeronautics and Astronautics (China), Ye volgt nu een strategie die gebruik maakt van zowel het licht als de thermische energie van zonlicht. Als de zon op een oppervlak schijnt, het is verwarmd. De onderzoekers willen dit gewone fotothermische effect gebruiken om de efficiëntie van katalytische systemen te verhogen. Hun materiaal naar keuze is verpoederd elementair boor, die zeer sterk zonlicht absorbeert en fotothermisch efficiënt omzet, warmt zichzelf opmerkelijk op. Hierdoor kon het team de efficiënte reductie van CO2 tot koolmonoxide (CO) en methaan (CH4) uitvoeren onder bestraling in aanwezigheid van water, zonder extra reagentia of co-katalysatoren.

Door bestraling worden de boordeeltjes opgewarmd tot ongeveer 378 °C. Bij deze temperatuur reageert het met water, vorming van waterstof en booroxiden in situ. De booroxiden fungeren als "vallen" voor CO2-moleculen. De waterstof is zeer reactief en in aanwezigheid van de door licht geactiveerde boorkatalysator, vermindert de CO2 efficiënt door de nodige protonen (H+) en elektronen te leveren.

"De sleutel tot ons succes ligt in de gunstige eigenschappen van het boorpoeder, waardoor het een alles-in-één katalysator is:lichte oogstmachine, fotothermische converter, waterstof bron, en katalysator, " zegt Ye. "Onze studie bevestigt het veelbelovende potentieel van een fotothermokatalytische strategie voor de omzetting van CO2 en opent mogelijk nieuwe perspectieven voor de ontwikkeling van andere door zonne-energie aangedreven reactiesystemen."