En internationell forskargrupp inklusive Tokyo Institute of Technology, Universite PARIS DIDEROT och CNRS har upptäckt att CO ₂ reduceras selektivt till CO när en fotokatalysator som består av ett organiskt halvledarmaterial och ett järnkomplex exponeras för synligt ljus. De har klargjort att det är möjligt att omvandla CO ₂ , den viktigaste faktorn för den globala uppvärmningen, till en värdefull kolresurs med hjälp av synligt ljus som energikälla, även med en fotokatalysator sammansatt av endast vanligt förekommande element.

På senare år har teknik för att minska CO ₂ till en resurs som använder metallkomplex och halvledare som fotokatalysatorer utvecklas över hela världen. Om denna teknik som kallas artificiell fotosyntes kan tillämpas, forskare skulle kunna omvandla CO ₂ , som anses vara den viktigaste faktorn för global uppvärmning och behandlas som en skurk, till en värdefull kolresurs med solljus som energikälla.

Komplex och oorganiska halvledare som innehåller ädla och sällsynta metaller som rutenium, renium, och tantal har använts i högaktiva fotokatalysatorer som hittills rapporterats. Dock, med tanke på den enorma mängden CO ₂ , det fanns ett behov av att skapa nya fotokatalysatorer gjorda endast med element som är allmänt tillgängliga på jorden.

Professor Osamu Ishitani, Docent Kazuhiko Maeda, och deras medarbetare rapporterar att genom att smälta kolnitrid, en organisk halvledare, med ett komplex tillverkat av järn och organiska material och använder det som en fotokatalysator, de lyckades vända CO ₂ till en resurs med hög effektivitet under villkor av exponering för synligt ljus vid normal temperatur och tryck.

Genom att kombinera den organiska halvledaren kolnitrid, gjord av kol och kväve, med ett järnkomplex och använda det som en fotokatalysator, de fann att de kunde minska koldioxiden (CO ₂ ) till kolmonoxid (CO) med hög effektivitet. Denna fotokatalytiska reaktion fortskrider när den utsätts för synligt ljus, som är huvudkomponenten i solljusets våglängdsband. Kolnitriden absorberar synligt ljus och driver migrationen av elektroner från reduktionsmedlet till järnkomplexet, katalysatorn. Järnkomplexet använder dessa elektroner för att reducera CO ₂ till CO. Omsättningsnumret, den externa kvanteffektiviteten, och selektiviteten för CO ₂ minskning – prestandaindikatorer för bildning av CO – nådde 155, 4,2 %, och 99 %, respektive. Dessa värden är nästan desamma som när ädelmetaller eller sällsynta metallkomplex används, och ungefär tio gånger mer än vad fotokatalysatorer hittills rapporterat med användning av basmetaller eller organiska molekyler.

Denna forskning var den första som visade att CO ₂ kan reduceras till en resurs effektivt med solljus som energikälla, även genom att använda material som finns i överflöd på jorden, som kol, kväve, och järn. Återstående uppgifter är att ytterligare förbättra deras funktion som fotokatalysator och att lyckas smälta ihop dem med oxidationsfotokatalysatorer som kan använda vatten, som finns i överflöd på jorden och är billig, som reduktionsmedel.