Koppar- och platinananopartiklar tillsatta till ytan av en blå titanoxidfotokatalysator förbättrar avsevärt dess förmåga att återvinna atmosfärisk koldioxid till kolvätebränslen.

Den modifierade fotokatalysatorn utvecklades och testades av forskare vid Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST), med kollegor i Korea, Japan, och USA. Den omvandlade solljus till bränsle med en verkningsgrad på 3,3 % under 30-minutersperioder. Denna "fotokonverteringseffektivitet" är en viktig milstolpe, forskarna rapporterar i sin studie publicerad i tidskriften Energi- och miljövetenskap , eftersom det innebär att storskalig användning av denna teknik blir ett mer realistiskt perspektiv.

Fotokatalysatorer är halvledande material som kan använda energin från solljus för att katalysera en kemisk reaktion. Forskare undersöker deras användning för att fånga in skadlig koldioxid från atmosfären som ett av många sätt att lindra den globala uppvärmningen. Vissa fotokatalysatorer testas för deras förmåga att återvinna koldioxid till kolvätebränslen som metan, huvudkomponenten som finns i naturgas. Metanförbränning släpper ut mindre koldioxid i atmosfären jämfört med andra fossila bränslen, gör det till ett attraktivt alternativ. Men forskare har funnit det svårt att tillverka fotokatalysatorer som ger ett tillräckligt stort utbyte av kolväteprodukter för att deras användning ska vara praktisk.

Professor Su-Il In vid DGIST:s institution för energivetenskap och teknik och hans kollegor modifierade en blå titanoxid-fotokatalysator genom att lägga till nanopartiklar av koppar och platina till dess yta.

Koppar har bra koldioxidadsorption medan platina är väldigt bra på att separera de välbehövliga laddningarna som genereras av den blå titanen från solens energi.

Teamet utvecklade en unik uppsättning för att noggrant mäta katalysatorns fotokonverteringseffektivitet. Katalysatorn placerades i en kammare som fick en kvantifierbar mängd artificiellt solljus. Koldioxidgas och vattenånga rörde sig genom kammaren, passerar över katalysatorn. En analysator mätte de gasformiga komponenterna som kom ut ur kammaren som ett resultat av den fotokatalytiska reaktionen.

Den blå titanoxidkatalysatorn omvandlar energin i solljus till laddningar som överförs till kol- och vätemolekylerna i koldioxid och vatten för att omvandla dem till metangaser och etangaser. Tillsatsen av koppar- och platinananopartiklar på katalysatorns yta visade sig avsevärt förbättra effektiviteten av denna process.

"Fotokatalysatorn har en mycket hög omvandlingseffektivitet och är relativt lätt att tillverka, gör det fördelaktigt för kommersialisering, " säger prof. In."

Teamet planerar att fortsätta sina ansträngningar för att ytterligare förbättra katalysatorns fotokonverteringseffektivitet, att göra den tillräckligt tjock för att absorbera allt infallande ljus, och för att förbättra dess mekaniska integritet för att möjliggöra enklare hantering.