Den fotoexciterade elektronen från silverjodid (AgI) färdas längs kolnanoröret till silverjodat (AgIO) 3 ) där koldioxid (CO 2 ) reduceras till kolmonoxid (CO). Kredit:Shinji Kawasaki och Yosuke Ishii från Nagoya Institute of Technology
Koldioxid (CO 2 ) utsläpp från mänskliga aktiviteter har ökat drastiskt under det senaste och ett halvt århundradet och ses som den primära orsaken till global uppvärmning och onormala vädermönster. Så, det har funnits ett stort forskningsfokus, inom ett antal områden, på att sänka vår CO 2 utsläpp och dess atmosfäriska nivåer. En lovande strategi är att kemiskt bryta ner, eller 'minska, ' CO 2 använda fotokatalysatorer - föreningar som absorberar ljusenergi och ger den till reaktioner, påskynda dem. Med denna strategi, den soldrivna minskningen av CO 2 , där ingen annan artificiell energikälla används, blir möjligt, öppna dörrar till en hållbar väg till en hållbar framtid.
Ett team av forskare ledda av Drs. Shinji Kawasaki och Yosuke Ishii från Nagoya Institute of Technology, Japan, har legat i framkant i ansträngningarna för att uppnå effektiv solenergi-assisterad CO 2 minskning. Deras senaste genombrott publiceras i Nature's Vetenskapliga rapporter .
Deras forskning började med behovet av att lösa det begränsade tillämpbarhetsproblemet med silverjodat (AgIO 3 ), en fotokatalysator som har väckt stor uppmärksamhet för att vara användbar för CO 2 reduktionsreaktion. Problemet är att AgIO 3 behöver mycket högre energi än vad synligt ljus kan ge för att fungera som en effektiv fotokatalysator; och synligt ljus är huvuddelen av solstrålningen.
Forskare har försökt komma runt detta effektivitetsproblem genom att kombinera AgIO 3 med silverjodid (AgI), som effektivt kan absorbera och utnyttja synligt ljus. Dock, Agio 3 -AgI-kompositer har komplicerade syntesprocesser, gör deras storskaliga tillverkning opraktisk. Ytterligare, de har inte strukturer som erbjuder effektiva vägar för överföring av fotoexciterade elektroner (elektroner som drivs av ljusabsorption) från AgI till AgIO 3 , vilket är nyckeln till kompositens katalytiska aktivitet.
Ett kolnanorör som inkapslar jodmolekyler är nedsänkt i silvernitrat (AgNO) 3 30 vattenlösning för att framställa den sammansatta fotokatalysatorn. Kredit:Shinji Kawasaki och Yosuke Ishii från Nagoya Institute of Technology
"Vi har nu utvecklat en ny fotokatalysator som innehåller enkelväggiga kolnanorör (SWCNT) med AgIO 3 och AgI för att bilda en trekomponents kompositkatalysator, " säger Dr Kawasaki, "SWCNTs roll är multimodal. Den löser både syntes- och elektronöverföringsvägproblemen."
Trekomponentkompositens syntesprocess är enkel och involverar bara två steg:1. Inkapsling av jodmolekyler i SWCNT med hjälp av en elektrokemisk oxidationsmetod; och 2. Framställning av kompositen genom att sänka ned resultatet från föregående steg i en vattenlösning av silvernitrat (AgNO) 3 ).
Spektroskopiska observationer med användning av kompositen visade att under syntesprocessen, de inkapslade jodmolekylerna fick laddning från SWCNT och omvandlades till specifika joner. Dessa reagerade sedan med AgNO 3 att bilda AgI och AgIO 3 mikrokristaller, som, på grund av de initiala positionerna för de inkapslade jodmolekylerna, deponerades på alla SWCNTs enhetligt. Experimentell analys med simulerat solljus avslöjade att SWCNTs också fungerade som den ledande vägen genom vilken fotoexciterade elektroner flyttade från AgI till AgIO 3 , möjliggör en effektiv minskning av CO 2 till kolmonoxid (CO).
Dispersionen av den nya trekomponentsfotokatalysatorn kan enkelt spraybeläggas på polymerfilmer för att producera flexibla elektroder som kan integreras i många inställningar. Kredit:Shinji Kawasaki och Yosuke Ishii från Nagoya Institute of Technology
Införlivandet av SWCNT gjorde det också möjligt för kompositdispersionen att enkelt spraybeläggas på en tunnfilmspolymer för att ge flexibla fotokatalytiska elektroder som är mångsidiga och kan användas i olika applikationer.
Dr. Ishii är hoppfull om deras fotokatalysators potential. "Det kan göra solenergireduktionen av industriell CO 2 utsläpp och atmosfärisk CO 2 en lättskalig och hållbar förnybar energibaserad lösning som tar itu med global uppvärmning och klimatförändringar, göra människors liv säkrare och hälsosammare, " han säger.
Nästa steg, laget säger, är att undersöka möjligheten att använda deras fotokatalysator för solenergigenerering.
