Durchbruch bei der Zersetzung von Kohlendioxid mit hoher Effizienz

Abbildung 1: Synthesemethode für einen neuen Dreikomponenten-Photokatalysator. Eine Kohlenstoff-Nanoröhrchen, die Jodmoleküle einkapselt, eingetaucht in eine wässrige Silbernitratlösung (AgNO3), um den zusammengesetzten Photokatalysator herzustellen. Bildnachweis: Shinji Kawasaki und Yusuke Ishii vom Nagoya Institute of Technology

Wissenschaftler finden einen Weg, das sichtbare Licht der Sonne effizient zu nutzen, um Kohlendioxid abzubauen, und öffnen damit Türen für neue Wege zur Eindämmung der globalen Erwärmung.

Kohlendioxid (CO₂) Die Emissionen durch menschliche Aktivitäten sind in den letzten anderthalb Jahrhunderten dramatisch angestiegen und werden als Hauptursache für die globale Erwärmung und abnormale Wettermuster angesehen. Daher wurde in einer Reihe von Bereichen ein erheblicher Forschungsschwerpunkt auf die Senkung unseres Kohlendioxidgehalts gelegt₂ Emissionen und atmosphärische Werte. Eine vielversprechende Strategie ist die chemische Zersetzung oder „Reduzierung“ von Kohlendioxid₂ Verwendung von Photokatalysatoren – Verbindungen, die Lichtenergie absorbieren und für Reaktionen bereitstellen und diese beschleunigen. Mit dieser Strategie wird CO2 durch die Nutzung von Sonnenenergie reduziert₂, wo keine andere künstliche Energiequelle genutzt wird, und öffnet die Türen zu einem nachhaltigen Weg in eine nachhaltige Zukunft.

Ein Wissenschaftlerteam unter der Leitung von Dr. Shinji Kawasaki und Yusuke Ishii vom Nagoya Institute of Technology, Japan, stehen an vorderster Front bei den Bemühungen um CO2-Effizienz mit Hilfe von Solarenergie.₂ Rabatt. Ihre neueste Entdeckung wurde in der Zeitschrift Nature . veröffentlicht Wissenschaftliche Berichte.

Abbildung 2: Mechanismus des neuartigen Dreikomponenten-Photokatalysators. Das photoangeregte Elektron wandert von Silberiodid (AgI) entlang der Kohlenstoffnanoröhren zu Silberiodid (AgIO3), wo Kohlendioxid (CO2) zu Kohlenmonoxid (CO) reduziert wird. Bildnachweis: Shinji Kawasaki und Yusuke Ishii vom Nagoya Institute of Technology

Ihre Forschung begann mit der Notwendigkeit, das Problem der begrenzten Anwendbarkeit von Silberjodat (AgIO₃), ein Photokatalysator, der aufgrund seiner positiven Wirkung auf CO großes Interesse auf sich gezogen hat₂ Reduktionsreaktion. Das Problem ist, dass AgIO₃ Es braucht viel mehr Energie, als sichtbares Licht liefern kann, um als effektiver Photokatalysator zu funktionieren; Sichtbares Licht macht den Großteil der Sonnenstrahlung aus.

Wissenschaftler haben versucht, dieses Effizienzproblem zu überwinden, indem sie AgIO₃ Verwendung von Silberjodid (AgI), das sichtbares Licht effizient absorbieren und nutzen kann. AgIO₃AgI-Verbindungen haben komplexe Syntheseprozesse, die ihre Herstellung im großen Maßstab unpraktisch machen. Darüber hinaus haben sie keine Strukturen, die effiziente Wege für den Transfer photoangeregter Elektronen (lichtabsorptionsaktivierte Elektronen) von AgI auf AgIO bieten.₃, die für die katalytische Aktivität der Verbindung entscheidend ist.

Abbildung 3: Eine flexible Polymerelektrode für den Photokatalysator. Die neue Dreikomponenten-Photokatalysator-Dispersion lässt sich einfach auf Polymerfolien aufsprühen, um flexible Elektroden herzustellen, die in vielen Einstellungen kombiniert werden können. Bildnachweis: Shinji Kawasaki und Yusuke Ishii vom Nagoya Institute of Technology

„Wir haben jetzt einen neuartigen Photokatalysator entwickelt, der einwandige Kohlenstoffnanoröhren (SWCNTs) mit AgIO umfasst.₃ und AgI, um einen Dreikomponenten-Komplexkatalysator zu bilden, sagt Dr. Kawasaki: „Die Rolle von SWCNTs ist multimodal. Sie löst die Probleme der Synthese und des Elektronentransferweges.“

Der Dreikomponenten-Syntheseprozess ist einfach und umfasst nur zwei Schritte: 1. Verkapselung von Jodmolekülen in einem SWCNT unter Verwendung der elektrochemischen Oxidationsmethode. 2. Herstellung der Verbindung durch Eintauchen des Produkts des vorherigen Schrittes in eine wässrige Lösung von Silbernitrat (AgNO.).₃).

Spektroskopische Beobachtungen mit der Verbindung zeigten, dass die eingekapselten Jodmoleküle während des Syntheseprozesses eine Ladung von SWCNT erhielten und in spezifische Ionen umgewandelt wurden. Diese reagierten dann mit AgNO₃ Um AgI und AgIO . zu bilden₃ Mikrokristalle, die aufgrund der Anfangspositionen der eingekapselten Iodmoleküle gleichmäßig auf allen SWCNTs abgeschieden wurden. Experimentelle Analysen mit simuliertem Sonnenlicht zeigten, dass die SWCNTs auch als leitender Pfad fungierten, durch den photoangeregte Elektronen von AgI zu AgIO wanderten.₃, ermöglicht eine effektive Reduzierung von Kohlendioxid₂ zu Kohlenmonoxid (CO).

Durch den Einbau von SWCNTs konnte die Kompositdispersion auch leicht auf einen dünnen Polymerfilm aufgesprüht werden, um flexible Photoelektroden herzustellen, die vielseitig einsetzbar sind und in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden können.

Dr. Ishi hofft auf das Potenzial ihres Photokatalysators. „Es kann eine Reduzierung des industriellen Kohlendioxids durch Sonnenenergie bewirken“₂ Emissionen und Kohlendioxid in der Atmosphäre₂ Es handelt sich um eine einfach skalierbare, nachhaltige Lösung für erneuerbare Energien, die der globalen Erwärmung und dem Klimawandel entgegenwirkt und das Leben der Menschen sicherer und gesünder macht.

Das Team sagt, dass der nächste Schritt darin besteht, die Möglichkeit zu untersuchen, einen Photokatalysator zur Erzeugung von solarem Wasserstoff zu verwenden. Vielleicht ist die Zukunft der Menschheit doch rosig!

Referenz: „Einstufige Synthese von sichtbarem Licht CO₂ Reduction photocatalyst of iod-encapsulated carbon nanotubes” von Mayar Zubaidi, Kenta Kobayashi, Yusuke Ishii und Shinji Kawasaki, 12. Mai 2021 Hier erhältlich Wissenschaftliche Berichte.
DOI: 10.1038 / s41598-021-89706-2