Een onderzoeksteam onder leiding van professor Su-Il In van het Department of Energy Science and Engineering is erin geslaagd fotokatalysatoren te ontwikkelen die koolstofdioxide kunnen omzetten in bruikbare energie zoals methaan of ethaan.

Naarmate de uitstoot van kooldioxide toeneemt, de temperatuur van de aarde stijgt en de belangstelling voor het verminderen van koolstofdioxide neemt toe, de grootste boosdoener van de opwarming van de aarde, is ook toegenomen. In aanvulling, de verschuiving naar herbruikbare brandstof voor bestaande hulpbronnen als gevolg van uitputting van de energie trekt ook de aandacht. Om transnationale milieuproblemen op te lossen, onderzoek naar fotokatalysatoren, die essentieel zijn bij het omzetten van kooldioxide en water in koolwaterstofbrandstoffen, krijgt aandacht.

Hoewel halfgeleidermaterialen met grote bandafstanden vaak worden gebruikt in fotokatalysatorstudies, ze zijn beperkt in het absorberen van zonne-energie op verschillende gebieden. Dus, Fotokatalysatorstudies gericht op het verbeteren van de fotokatalysatorstructuur en het oppervlak om de absorptiegebieden van zonne-energie te vergroten of het gebruik van tweedimensionale materialen met uitstekende elektronentransmissie zijn aan de gang.

Het onderzoeksteam van Professor In ontwikkelde een zeer efficiënte fotokatalysator die koolstofdioxide kan omzetten in methaan (CH ₄ ) of ethaan (C ₂ H ₆ ) door grafeen op een stabiele en efficiënte manier op gereduceerd titaandioxide te plaatsen.

De door het onderzoeksteam ontwikkelde fotokatalysator kan koolstofdioxide selectief omzetten van een gas naar methaan of ethaan. De resultaten toonden aan dat het productievolume respectievelijk 259 umol/g en 77 umol/g methaan en ethaan is, en de conversieratio is 5,2 procent en 2,7 procent hoger dan bij conventionele fotokatalysatoren met gereduceerd titaandioxide. In termen van ethaanproductievolume, dit resultaat toont 's werelds hoogste efficiëntie onder vergelijkbare experimentele omstandigheden.

In aanvulling, het onderzoeksteam bewees voor de eerste keer dat de porie in de richting van grafeen beweegt als gevolg van bandbuigingsverschijnselen die zichtbaar zijn vanaf titaandioxide en grafeeninterfaces door middel van het internationale gezamenlijke onderzoek dat is uitgevoerd met het onderzoeksteam onder leiding van James R. Durrant van het Department of Chemistry of Imperial College Londen (ICL), VK met behulp van foto-elektronenspectroscopie.

De beweging van de porie naar grafeen activeert reacties door ervoor te zorgen dat elektronen zich verzamelen op het oppervlak van het gereduceerde titaniumdioxide en vormt een grote hoeveelheid radicaal methaan (CH ₃ ) omdat polyelektronen deelnemen aan de reacties. Het onderzoeksteam identificeerde een mechanisme voor het produceren van methaan als dit gevormde radicaal methaan reageert met waterstofionen en voor het produceren van ethaan als het radicaal methaan met elkaar reageert.

Het door het onderzoeksteam ontwikkelde katalysatormateriaal zal naar verwachting in de toekomst worden toegepast op verschillende gebieden, zoals de productie van hoogwaardige materialen, en worden gebruikt om problemen met de opwarming van de aarde en de uitputting van energiebronnen op te lossen door selectief hogere niveaus van koolwaterstof te produceren materialen die zonlicht gebruiken.

Professor In zei:"De gereduceerde titaniumdioxide-fotokatalysator met grafeen die deze keer is ontwikkeld, heeft het voordeel dat hij selectief CO kan produceren ₂ als bruikbaar chemisch element zoals methaan of ethaan. Door vervolgonderzoek te doen dat de conversieratio verhoogt zodat deze gecommercialiseerd kan worden, we zullen bijdragen aan de ontwikkeling van technologie om koolstofdioxide te verminderen en er een hulpbron van te maken."

Dit onderzoeksresultaat is op donderdag 19 juli gepubliceerd, 2018 in de online editie van Energie en milieuwetenschappen , een internationaal tijdschrift over energiewetenschap.