Fotoreductie van CO₂ in transporteerbare brandstof zoals mierenzuur (HCOOH) is een geweldige manier om met CO₂ om te gaan stijgende niveaus in de atmosfeer. Om bij deze missie te helpen, koos een onderzoeksteam van Tokyo Tech een gemakkelijk verkrijgbaar mineraal op ijzerbasis en laadde dit op een aluminiumoxidedrager om een ​​katalysator te ontwikkelen die CO₂ efficiënt kan omzetten. in HCOOH met ~ 90% selectiviteit.

De stijgende CO₂ niveaus in onze atmosfeer en hun bijdrage aan de opwarming van de aarde is nu algemeen nieuws. Terwijl onderzoekers experimenteren met verschillende manieren om dit probleem aan te pakken, is er één efficiënte oplossing naar voren gekomen:het omzetten van overtollig atmosferisch CO₂ in energierijke chemicaliën.

Productie van brandstoffen zoals mierenzuur (HCOOH) door fotoreductie van CO₂ onder zonlicht heeft de laatste tijd veel aandacht getrokken vanwege het tweevoudige voordeel dat uit dit proces kan worden gehaald:het kan overtollige CO₂ verminderen uitstoot, en ook om het energietekort waar we momenteel mee te maken hebben, tot een minimum te beperken. HCOOH is een uitstekende drager van waterstof met een hoge energiedichtheid en kan via verbranding energie leveren, terwijl alleen water als bijproduct vrijkomt.

Om deze lucratieve oplossing werkelijkheid te laten worden, hebben wetenschappers fotokatalytische systemen ontwikkeld die CO₂ kunnen verminderen. met behulp van zonlicht. Een dergelijk systeem bestaat uit een lichtabsorberend substraat (d.w.z. een fotosensibilisator) en een katalysator die de multi-elektronoverdrachten mogelijk maakt die nodig zijn om CO₂ te verminderen in HCOOH. En zo begon de zoektocht naar een geschikte en efficiënte katalysator.

Vaste katalysatoren werden beschouwd als de beste kandidaten voor deze taak, vanwege hun efficiëntie en potentiële recycleerbaarheid, en in de loop der jaren is het katalytische vermogen van veel op kobalt, mangaan, nikkel en ijzer gebaseerde metaal-organische raamwerken (MOF's) onderzocht, met de laatste heeft enkele voordelen ten opzichte van andere metalen. De meeste op ijzer gebaseerde katalysatoren die tot nu toe zijn gerapporteerd, leveren echter alleen koolmonoxide op als het hoofdproduct, in plaats van HCOOH.

Dit probleem werd echter snel opgelost door een team van onderzoekers van het Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) onder leiding van prof. Kazuhiko Maeda. In een recente studie gepubliceerd in Angewandte Chemie , presenteerde het team een ​​aluminiumoxide (Al₂ O₃ )-ondersteunde, op ijzer gebaseerde katalysator die gebruik maakt van alfa-ijzer (III) oxyhydroxide (α-FeOOH; geothiet). De nieuwe α-FeOOH/Al₂ O₃ katalysator vertoonde superieure CO₂ tot HCOOH-conversie-eigenschappen naast uitstekende recycleerbaarheid. Gevraagd naar hun keuze van katalysator, zegt prof. Maeda:"We wilden meer overvloedige elementen als katalysatoren in een CO₂ fotoreductie systeem. We hebben een vaste katalysator nodig die actief, recyclebaar, niet-toxisch en goedkoop is. Daarom hebben we voor onze experimenten gekozen voor een wijdverbreid bodemmineraal zoals goethiet."

Het team nam een ​​eenvoudige impregnatiemethode aan om hun katalysator te synthetiseren. Vervolgens gebruikten ze het met ijzer beladen Al₂ O₃ materiaal voor fotokatalytische reductie van CO₂ bij kamertemperatuur in aanwezigheid van een op ruthenium gebaseerde (Ru) fotosensitizer, een elektronendonor en zichtbaar licht met een golflengte van meer dan 400 nanometer.

De resultaten waren behoorlijk bemoedigend; hun systeem vertoonde 80-90% selectiviteit voor het hoofdproduct, HCOOH, en een kwantumopbrengst van 4,3% (wat de efficiëntie van het systeem aangeeft).

Deze studie presenteert een eerste in zijn soort, op ijzer gebaseerde vaste katalysator die HCOOH kan genereren in combinatie met een effectieve fotosensitizer. Het onderzoekt ook het belang van goed ondersteunend materiaal (Al₂ O₃ ) en het effect ervan op de fotochemische reductiereactie.

De inzichten uit dit onderzoek kunnen helpen bij de ontwikkeling van nieuwe katalysatoren - vrij van edele metalen - voor de fotoreductie van CO₂ in andere nuttige chemicaliën. "Ons onderzoek toont aan dat de weg naar een groenere energie-economie niet ingewikkeld hoeft te zijn. Zelfs door het toepassen van eenvoudige katalysatorbereidingsmethoden kunnen geweldige resultaten worden bereikt en kunnen bekende, aardrijke verbindingen worden gebruikt als selectieve katalysatoren voor CO₂ reductie, als ze worden ondersteund door verbindingen zoals aluminiumoxide", besluit prof. Maeda. + Verken verder

Het verminderen van kooldioxide met behulp van een panchromatische osmiumcomplex fotosensitizer