Een stap op weg naar koolstofdioxide (CO₂ ) neutraliteit en de mitigatie van zowel het broeikaseffect als de energiecrisis zou zijn om CO₂ om te zetten in op koolwaterstof gebaseerde brandstoffen zoals methaan met behulp van licht. In het tijdschrift Angewandte Chemie International Edition , heeft een Chinees onderzoeksteam een ​​zeer effectieve fotokatalysator op basis van goudatomen geïntroduceerd om deze transformatie mogelijk te maken.

De fotokatalytische omzetting van CO₂ vindt plaats via een reeks processen waarbij elektronen worden overgedragen. Hierdoor kunnen verschillende producten ontstaan, waaronder koolmonoxide (CO), methanol (CH₃ OH), methaan (CH₄ ) en andere koolwaterstoffen. Acht elektronen moeten onderweg van CO₂ . worden overgebracht naar CH₄ —meer dan voor andere C₁ producten. Methaan is het thermodynamisch gunstige eindproduct, maar de concurrerende reactie om CO te vormen vereist slechts twee elektronen en is veel sneller, dus het heeft kinetisch de voorkeur. Effectieve en selectieve methanisering is dus bijzonder uitdagend.

Een team onder leiding van Hefeng Cheng (Shandong University, Jinan, China) en collega's heeft nu een praktische aanpak ontwikkeld om CO₂ efficiënt om te zetten. naar CH₄ gebruik van zonne-energie. De sleutel tot hun succes is een nieuwe katalysator met enkele goudatomen. Omdat goudatomen aggregeren in conventionele preparatieve methoden, ontwikkelde het team een ​​nieuwe strategie die een complexe uitwisseling gebruikt om de katalysator te produceren.

Vanwege hun unieke elektronische structuren gedragen katalysatoren met één atoom zich anders dan conventionele metalen nanodeeltjes. Bovendien zijn, wanneer ze op een geschikte drager zijn bevestigd, bijna alle afzonderlijke atomen beschikbaar als actieve katalytische centra. In deze nieuwe katalysator zijn enkele goudatomen verankerd aan een ultradunne zink-indiumsulfide-nanolaag en zijn ze elk gecoördineerd met slechts twee zwavelatomen. Onder zonlicht bleek de katalysator zeer actief te zijn met een CH₄ selectiviteit van 77%.

Een fotosensibilisator (een rutheniumcomplex) absorbeert licht, wordt opgewonden en accepteert een elektron dat beschikbaar wordt gesteld door een elektronendonor (triethanolamine). Vervolgens geeft het het elektron door aan de katalysator. De enkele goudatomen op het oppervlak van de drager fungeren als 'elektronenpompen'. Ze vangen de elektronen aanzienlijk effectiever op dan gouden nanodeeltjes en brengen ze over naar CO₂ moleculen en tussenproducten.

Gedetailleerde karakterisering en berekeningen laten zien dat de katalysator de CO₂ . activeert moleculen in veel grotere mate dan gouden nanodeeltjes, adsorbeert sterker de aangeslagen *CO-tussenproducten, verlaagt de energiebarrière voor het binden van waterstofionen en stabiliseert de *CH₃ tussenliggend. This allows CH₄ to be the favored product and minimizes the release of CO. + Verder verkennen

Optical microscope strategy allows observers to check electrons moving inside gold