Fotokatalysatoren absorberen energie uit licht om een ​​chemische reactie te laten plaatsvinden. De bekendste fotokatalysator is misschien wel chlorofyl, het groene pigment in planten dat helpt om zonlicht om te zetten in koolhydraten. Hoewel koolhydraten misschien uit de gratie raken, fotokatalyse krijgt meer aandacht dan ooit. Bij een fotokatalytisch proces wordt licht valt op een fotokatalysator, verhoogt de energie van zijn elektronen en zorgt ervoor dat ze hun bindingen verbreken en vrij door de katalysator bewegen. Deze "opgewonden" elektronen reageren vervolgens met de grondstoffen van een chemische reactie om gewenste producten te produceren. Een topprioriteit op het gebied van onderzoek naar alternatieve energie is het gebruik van fotokatalysatoren om zonne-energie om te zetten in brandstof, een proces dat 'productie van zonne-energie naar brandstof' wordt genoemd.

In een artikel gepubliceerd in Coördinatie Chemie Beoordelingen , Dr. Changlei Xia van de Nanjing Forestry University, China; Dr. Kent Kirlikovali van de Northwestern University, ONS.; Dr. Thi Hong Chuong Nguyen, Dr. Xuan Cuong Nguyen, Dr Quoc Ba Tran, en Dr. Chinh Chien Nguyen van de Duy Tan Universiteit, Vietnam; Dr. Minh Khoa Duong en Dr. Minh Tuan Nguyen Dinh van de Universiteit van Da Nang, Vietnam; Dr. Dang Le Tri Nguyen van de Ton Duc Thang Universiteit, Vietnam; Dr. Pardeep Singh en Dr. Pankaj Raizada van Shoolini University, Indië; Dr. Van-Huy Nguyen van de Binh Duong Universiteit, Vietnam; Dr. Soo Young Kim en Dr. Quyet Van Le van Korea University, Zuid-Korea; Dr. Laxman Singh van de Patliputra Universiteit, Indië; en Dr. Mohammadreza Shokouhimer van Seoul National University, Zuid-Korea, hebben het potentieel van covalente organische raamwerken (COF's) benadrukt, een nieuwe klasse van lichtabsorberende materialen, in de productie van zonne-energie naar brandstof.

Zoals Dr. Pardeep Singh uitlegt, "Zonne-energie is met succes aangeboord om elektriciteit te maken, maar we zijn nog niet in staat om er efficiënt vloeibare brandstoffen van te maken. Deze zonnebrandstoffen, zoals waterstof, een overvloedig aanbod van duurzame, op te slaan, en draagbare energie."

De specialiteit van COF's ligt in hun vermogen om katalyse te verbeteren en speciale substituentmoleculen, "functionele groepen" genaamd, aan hun structuur toe te voegen, een manier bieden om de beperkingen van bestaande fotokatalysatoren te omzeilen. Dit komt door bepaalde gunstige eigenschappen van COF's zoals chemische stabiliteit, controleerbare porositeit, en sterke delokalisatie van elektronen, waardoor ze extra stabiel zijn.

Zoals de naam al doet vermoeden, COF's bestaan ​​uit organische moleculen die aan elkaar zijn gebonden tot een structuur die kan worden aangepast aan verschillende toepassingen. Bovendien, sterke delokalisatie van elektronen betekent dat, in tegenstelling tot halfgeleiderfotokatalysatoren, de aangeslagen elektronen recombineren slechts zelden halverwege, wat resulteert in meer aangeslagen elektronen voor de chemische reactie. Aangezien deze reacties plaatsvinden aan het oppervlak van de fotokatalysator, het grotere oppervlak en de aanpasbare porositeit van COF's is een enorm voordeel. COF-fotokatalysatoren vinden toepassing bij de omzetting van water naar waterstof, en de productie van methaan uit koolstofdioxide, dus belooft het dubbele voordeel van het produceren van brandstof en het verminderen van de opwarming van de aarde. Verder, ze kunnen zelfs helpen met stikstofbinding, productie van kunststoffen, en opslag van gassen.

Een nieuw soort COF, covalente triazine-frameworks (CTF's), bevinden zich momenteel in de voorhoede van onderzoek naar waterstofproductie. CTF's hebben 20-50 keer het vermogen om waterstof te produceren, vergeleken met grafietfotokatalysatoren, waardoor ze een veelbelovende optie zijn voor toekomstige brandstofproductie.

Echter, voordat we de kar op zonne-energie voor het paard zetten, het is belangrijk op te merken dat op COF gebaseerde fotokatalysatoren zich in een vroeg ontwikkelingsstadium bevinden en nog steeds niet zo efficiënt brandstof produceren als hun op halfgeleiders gebaseerde tegenhangers. Hoe dan ook, hun uitstekende eigenschappen en structurele diversiteit maken ze veelbelovende kandidaten voor toekomstig onderzoek naar zonne-energie en een haalbare oplossing voor de aanhoudende energiecrisis. "Het belangrijkste probleem is het onderzoeken van robuuste, van COF's afgeleide katalysatoren voor de gewenste toepassingen. Verwacht mag worden dat op COF gebaseerde fotokatalysatoren de komende jaren een nieuwe mijlpaal zullen bereiken, " concludeert een optimistische Dr. Pankaj Raizada.

Inderdaad, een toekomst gebaseerd op schone energie lijkt niet zo ver weg.