Katalysator -nanopartiklarna som utvecklats av KAUST -forskare använder ljusenergi för att omvandla koldioxid och väte till metan. Kredit:KAUST; Anastasia Serin
Atmosfärisk koldioxid (CO 2 ) är en viktig drivkraft för global uppvärmning, men denna gas kan också tjäna som en värdefull resurs. Forskare vid KAUST har utvecklat en effektiv katalysator som använder ljusenergi för att omvandla CO 2 och väte till metan (CH4). Detta motverkar utsläpp av CO 2 när metan bränns som bränsle.
Många forskare världen över undersöker sätt att konvertera CO 2 till användbara kolbaserade kemikalier, men deras ansträngningar har begränsats av låg effektivitet som begränsar potentialen för storskalig tillämpning.
"Vår strategi är baserad på den synergistiska kombinationen av ljus och värme, känd som den fototermiska effekten, "säger postdoc Diego Mateo. Han förklarar att värmen genereras av ljusets interaktion med katalysatorn, så de två energiformerna kommer från absorberat ljus.
Vissa andra industriella metoder kräver uppvärmning från externa källor för att uppnå temperaturer så höga som 500 grader Celsius. KAUST -forskningen visar att reaktionen kan uppnås med bara den fototermiska effekten av dagsljus.
Katalysatorn är byggd av nickel -nanopartiklar på ett lager av bariumtitanat. Det fångar ljuset på ett sätt som sparkar elektroner till högenergistillstånd, känd som "heta elektroner". Dessa elektroner initierar sedan den kemiska reaktion som skickar CO 2 tillbaka till metan. Under optimala förhållanden, katalysatorn genererar metan med nästan 100% selektivitet och med imponerande effektivitet.
En stor fördel är det breda utbudet av spektrum av ljus som utnyttjas, inklusive alla synliga våglängder, förutom de ultravioletta strålarna som många katalysatorer är begränsade till. Detta är enormt viktigt eftersom ultraviolett ljus endast utgör 4 till 5% av den energi som finns tillgänglig i solljus.
"Vi tror starkt på att vår strategi, i kombination med andra befintliga CO 2 fånga tekniker, kan vara ett hållbart sätt att omvandla denna skadliga växthusgas till värdefullt bränsle, säger Mateo.
Värme genereras genom den synergistiska växelverkan mellan ljus och värme med katalysatorn, känd som den fototermiska effekten. Kredit:KAUST; Anastasia Serin
Eventuella bränslen från CO 2 skulle fortfarande släppa ut den gasen när de bränns, men CO 2 kan återvinnas upprepade gånger från atmosfären till bränsle och tillbaka igen, snarare än att kontinuerligt släppas ut genom att förbränna fossila bränslen.
Forskarna vill också bredda tillämpningarna av deras tillvägagångssätt. "En strategi för vår framtida forskning är att gå mot att producera andra värdefulla kemikalier, såsom metanol, "säger Jorge Gascon, som ledde forskargruppen. Forskarna ser också potential för att använda ljusenergi för att driva produktionen av kemikalier som inte innehåller kol, såsom ammoniak (NH 3 ).
