Een nieuwe op coördinatiepolymeer gebaseerde fotokatalysator voor CO₂ reductie vertoont ongekende prestaties, wat wetenschappers van Tokyo Tech hoop geeft in de strijd tegen de opwarming van de aarde. Deze veelbelovende fotokatalysator is gemaakt van overvloedige elementen en vereist geen complexe post-synthesebehandeling of modificaties, en kan de weg vrijmaken voor een nieuwe klasse fotokatalysatoren voor het efficiënt omzetten van CO₂ tot bruikbare chemicaliën.

De kooldioxide (CO₂ ) die vrijkomt in de atmosfeer tijdens de verbranding van fossiele brandstoffen is een belangrijke oorzaak van de opwarming van de aarde. Een manier om deze groeiende dreiging aan te pakken, is door CO₂ . te ontwikkelen reductietechnologieën, die CO₂ . omzetten in nuttige chemicaliën, zoals CO en mierenzuur (HCOOH). In het bijzonder fotokatalytische CO₂ reductiesystemen gebruiken zichtbaar of ultraviolet licht om CO₂ . aan te drijven reductie, net zoals planten zonlicht gebruiken om fotosynthese uit te voeren. In de afgelopen jaren hebben wetenschappers veel geavanceerde fotokatalysatoren gerapporteerd op basis van metaal-organische raamwerken en coördinatiepolymeren (CP's). Helaas vereisen de meeste van hen ofwel een complexe post-synthesebehandeling en aanpassingen of zijn ze gemaakt van edele metalen.

In een recente studie gepubliceerd in ACS Catalysis , vond een onderzoeksteam Japan een manier om deze uitdagingen te overwinnen. Onder leiding van speciaal aangestelde assistent-professor Yoshinobu Kamakura en professor Kazuhiko Maeda van het Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), ontwikkelde het team een ​​nieuw soort fotokatalysator voor CO₂ reductie op basis van een CP met lood-zwavel (Pb-S) bindingen. De nieuwe CP, bekend als KGF-9, bestaat uit een oneindige (–Pb–S–) n-structuur met eigenschappen die anders zijn dan alle andere bekende fotokatalysatoren.

KGF-9 heeft bijvoorbeeld geen poriën of holtes, wat betekent dat het een klein oppervlak heeft. Desondanks behaalde het een spectaculaire fotoreductieprestatie. Onder bestraling met zichtbaar licht bij 400 nm vertoonde KGF-9 een schijnbare kwantumopbrengst (productopbrengst per geabsorbeerd foton) van 2,6% en een selectiviteit van meer dan 99% bij de reductie van CO₂ formatteren (HCOO−). "Deze waarden zijn de hoogste die tot nu toe zijn gerapporteerd voor een edelmetaalvrije, door één component fotokatalysator aangedreven reductie van CO₂ aan HCOO−", zegt prof. Maeda. "Ons werk zou licht kunnen werpen op het potentieel van niet-poreuze CP's als bouweenheden voor fotokatalytische CO₂ conversiesystemen."

Naast zijn opmerkelijke prestaties is KGF-9 gemakkelijker te synthetiseren en te gebruiken in vergelijking met andere fotokatalysatoren. Aangezien de actieve Pb-sites (waar CO₂ reductie optreedt) al op het oppervlak "geïnstalleerd" zijn, vereist KGF-9 niet de aanwezigheid van een cokatalysator, zoals metalen nanodeeltjes of metaalcomplexen. Bovendien zijn er geen andere aanpassingen na de synthese nodig om te werken bij kamertemperatuur en onder zichtbaar licht.

Het team van Tokyo Tech onderzoekt al nieuwe strategieën om het oppervlak van KGF-9 te vergroten en de prestaties ervan verder te verbeteren. Als eerste fotokatalysator met Pb(II) als actief centrum, is de kans groot dat KGF-9 de weg vrijmaakt voor een economisch meer haalbare CO₂ vermindering. In dit verband zegt het onderzoeksteam:"Wij zijn van mening dat onze studie een ongekende kans biedt voor het ontwikkelen van een nieuwe klasse goedkope fotokatalysatoren voor CO₂ reductie bestaande uit aarde-overvloedige elementen." + Verken verder

Nieuwe fotokatalysator verhoogt de efficiëntie van watersplitsing voor schone waterstofproductie