Kooldioxide (CO ₂ ) emissies door menselijke activiteiten zijn de afgelopen anderhalve eeuw drastisch gestegen en worden gezien als de primaire oorzaak van de opwarming van de aarde en abnormale weerspatronen. Dus, er is veel onderzoeksfocus geweest, op een aantal terreinen, over het verlagen van onze CO ₂ emissies en de atmosferische niveaus. Een veelbelovende strategie is om chemisch af te breken, of 'verminderen, 'CO ₂ met behulp van fotokatalysatoren - verbindingen die lichtenergie absorberen en aan reacties leveren, ze versnellen. Met deze strategie, de reductie van CO . op zonne-energie ₂ , waar geen andere kunstmatige energiebron wordt gebruikt, mogelijk wordt, deuren openen naar een duurzaam pad naar een duurzame toekomst.

Een team van wetenschappers onder leiding van Drs. Shinji Kawasaki en Yosuke Ishii van het Nagoya Institute of Technology, Japan, heeft een voortrekkersrol gespeeld bij de inspanningen om efficiënte, door zonne-energie ondersteunde CO . te bereiken ₂ vermindering. Hun recente doorbraak is gepubliceerd in Nature's Wetenschappelijke rapporten .

Hun onderzoek begon met de noodzaak om het beperkte toepasbaarheidsprobleem van zilverjodaat (AgIO ₃ ), een fotokatalysator die veel aandacht heeft getrokken omdat hij nuttig is voor de CO ₂ reductie reactie. Het probleem is dat AgIO ₃ heeft veel meer energie nodig dan zichtbaar licht kan leveren om als efficiënte fotokatalysator te functioneren; en zichtbaar licht is het grootste deel van de zonnestraling.

Wetenschappers hebben geprobeerd dit efficiëntieprobleem te omzeilen door AgIO . te combineren ₃ met zilverjodide (AgI), die zichtbaar licht efficiënt kan absorberen en gebruiken. Echter, Agio ₃ -AgI-composieten hebben gecompliceerde syntheseprocessen, waardoor hun grootschalige productie onpraktisch wordt. Verder, ze hebben geen structuren die efficiënte routes bieden voor de overdracht van foto-geëxciteerde elektronen (elektronen geactiveerd door lichtabsorptie) van AgI naar AgIO ₃ , wat de sleutel is tot de katalytische activiteit van het composiet.

"We hebben nu een nieuwe fotokatalysator ontwikkeld die enkelwandige koolstofnanobuizen (SWCNT's) met AgIO bevat ₃ en AgI om een ​​driecomponentencomposietkatalysator te vormen, " zegt dr. Kawasaki, "De rol van de SWCNT's is multimodaal. Het lost zowel de synthese als de problemen met de elektronenoverdrachtsroute op."

Het syntheseproces van het driecomponentencomposiet is eenvoudig en omvat slechts twee stappen:1. Het inkapselen van jodiummoleculen in de SWCNT met behulp van een elektrochemische oxidatiemethode; en 2. Het composiet voorbereiden door het resultaat van de vorige stap onder te dompelen in een waterige oplossing van zilvernitraat (AgNO ₃ ).

Spectroscopische waarnemingen met het composiet toonden aan dat tijdens het syntheseproces, de ingekapselde jodiummoleculen kregen lading van de SWCNT en omgezet in specifieke ionen. Deze reageerden vervolgens met AgNO ₃ AgI en AgIO . vormen ₃ microkristallen, die, vanwege de beginposities van de ingekapselde jodiummoleculen, werden uniform op alle SWCNT's gedeponeerd. Experimentele analyse met gesimuleerd zonnelicht onthulde dat de SWCNT's ook fungeerden als het geleidende pad waardoor foto-geëxciteerde elektronen van AgI naar AgIO gingen ₃ , waardoor een efficiënte reductie van CO . mogelijk is ₂ tot koolmonoxide (CO).

Door de opname van SWCNT's kon de composietdispersie ook gemakkelijk worden gesproeicoat op een dunne filmpolymeer om flexibele fotokatalytische elektroden op te leveren die veelzijdig zijn en in verschillende toepassingen kunnen worden gebruikt.

Dr. Ishii is hoopvol over het potentieel van hun fotokatalysator. "Het kan de zonne-reductie van industriële CO ₂ emissies en atmosferische CO ₂ een eenvoudig schaalbare en duurzame oplossing op basis van hernieuwbare energie om de opwarming van de aarde en de klimaatverandering aan te pakken, het leven van mensen veiliger en gezonder maken, " hij zegt.

De volgende stap, het team zegt, is om de mogelijkheid te onderzoeken om hun fotokatalysator te gebruiken voor de opwekking van waterstof op zonne-energie.