Dopat diamantskum. Upphovsman:P. Knittel/Fraunhofer IAF
Klimatförändringarna pågår för fullt och kommer att fortsätta oförminskat så länge CO 2 utsläppen fortsätter. En möjlig lösning är att returnera CO 2 till energicykeln:CO 2 kan bearbetas med vatten till metanol, ett bränsle som enkelt kan transporteras och lagras. Dock, Reaktionen, som påminner om en partiell process för fotosyntes, kräver energi och katalysatorer. Utvecklar ljusaktiva fotokatalysatorer från rikliga, lättillgängliga material skulle möjliggöra grönt, klimatneutrala solbränslen.
En kandidat för sådana fotokatalysatorer är så kallade diamantnanomaterial-dessa inkluderar nanostrukturerade kolskum med hög ytarea, och små nanokristaller med några tusen kolatomer som är lösliga i vatten och ser ut som en svart uppslamning. För att dessa material ska bli katalytiskt aktiva, dock, de kräver UV -ljus excitation. Endast detta spektrala solljus är rik på energi för att transportera elektroner från materialet till ett fritt tillstånd. Först då kan solvaterade elektroner avges i vatten och reagera med löst CO 2 för att bilda metanol.
Dock, UV -komponenten i solspektrumet är inte särskilt hög. Fotokatalysatorer som också kan använda det synliga spektrumet av solljus skulle vara idealiska. Det är här arbetet med HZB-forskaren Tristan Petit och hans samarbetspartners i DIACAT kommer in:Modellering av energinivåerna i sådana material visar att mellanstadier kan byggas in i bandgapet genom dopning med främmande atomer. Bor, ett trevärt element, verkar vara särskilt viktigt.
Petit och hans team undersökte därför prover av polykristallina diamanter, diamantskum och nanodiamanter. Dessa prover hade tidigare syntetiserats i grupperna av Anke Krüger i Würzburg och Christoph Nebel i Freiburg. På BESSY II. Forskarna använde röntgenabsorptionsspektroskopi för att mäta de obebodda energitillstånden där elektroner möjligen kan exciteras av synligt ljus. "De boratomer som finns nära ytan av dessa nanodiamanter leder faktiskt till de önskade mellanstadierna i bandgapet, "förklarar doktoranden Sneha Choudhury, första författaren till studien. Dessa mellanstadier är vanligtvis mycket nära valensbanden, och därmed inte tillåta effektiv användning av synligt ljus. Dock, mätningarna visar att detta också beror på nanomaterialens struktur.
"Vi kan införa och möjligen kontrollera sådana ytterligare steg i diamantbandet genom att specifikt modifiera morfologin och dopningen, "säger Tristan Petit. Dopning med fosfor eller kväve kan också erbjuda nya möjligheter.