Fotokatalysatorer absorberar energi från ljus för att få en kemisk reaktion att hända. Den mest kända fotokatalysatorn är kanske klorofyll, det gröna pigmentet i växter som hjälper till att omvandla solljus till kolhydrater. Även om kolhydrater kan falla i onåd, fotokatalys får mer uppmärksamhet än någonsin. I en fotokatalytisk process, ljus faller på en fotokatalysator, ökar energin hos dess elektroner och får dem att bryta sina bindningar och röra sig fritt genom katalysatorn. Dessa "exciterade" elektroner reagerar sedan med råvarorna i en kemisk reaktion för att producera önskade produkter. En högsta prioritet inom området för alternativ energiforskning är att använda fotokatalysatorer för att omvandla solenergi till bränsle, en process som kallas "solar-to-fuel produktion."

I en artikel publicerad i Koordinationskemi recensioner , Dr. Changlei Xia från Nanjing Forestry University, Kina; Dr. Kent Kirlikovali från Northwestern University, USA; Dr Thi Hong Chuong Nguyen, Dr Xuan Cuong Nguyen, Dr Quoc Ba Tran, och Dr. Chinh Chien Nguyen från Duy Tan University, Vietnam; Dr Minh Khoa Duong och Dr Minh Tuan Nguyen Dinh från University of Da Nang, Vietnam; Dr Dang Le Tri Nguyen från Ton Duc Thang University, Vietnam; Dr Pardeep Singh och Dr Pankaj Raizada från Shoolini University, Indien; Dr. Van-Huy Nguyen från Binh Duong University, Vietnam; Dr. Soo Young Kim och Dr. Quyet Van Le från Korea University, Sydkorea; Dr Laxman Singh från Patliputra University, Indien; och Dr. Mohammadreza Shokouhimer från Seoul National University, Sydkorea, har lyft fram potentialen hos kovalenta organiska ramverk (COF), en ny klass av ljusabsorberande material, i produktion av sol-till-bränsle.

Som Dr. Pardeep Singh förklarar, "Solenergi har framgångsrikt utnyttjats för att göra el, men vi kan ännu inte effektivt göra flytande bränslen av det. Dessa solbränslen, som väte, kan vara ett rikligt utbud av hållbara, förvaringsbar, och bärbar energi."

COFs specialitet ligger i deras förmåga att förbättra katalys och lägga till speciella substituentmolekyler som kallas "funktionella grupper" till sin struktur, tillhandahålla en väg runt begränsningarna hos befintliga fotokatalysatorer. Detta beror på vissa gynnsamma egenskaper hos COF, såsom kemisk stabilitet, kontrollerbar porositet, och stark elektrondelokalisering, vilket gör dem extra stabila.

Som namnet antyder, COFs består av organiska molekyler som binds samman till en struktur som kan skräddarsys för att passa olika applikationer. Dessutom, stark elektrondelokalisering innebär att, till skillnad från i halvledarfotokatalysatorer, de upphetsade elektronerna rekombinerar bara halvvägs, vilket resulterar i mer exciterade elektroner för den kemiska reaktionen. Eftersom dessa reaktioner sker vid fotokatalysatorns yta, COFs ökade yta och modifierbara porositet är en stor fördel. COF-fotokatalysatorer kan användas vid omvandling av vatten till väte, och produktion av metan från koldioxid, därmed utlovar den dubbla fördelen med att producera bränsle och mildra den globala uppvärmningen. Vidare, de kan till och med hjälpa till med kvävefixering, plastproduktion, och lagring av gaser.

En ny typ av COF, kovalenta triazinramverk (CTF), befinner sig för närvarande i framkant av forskning om väteproduktion. CTF:er har 20-50 gånger förmågan att producera väte, jämfört med grafitiska fotokatalysatorer, vilket gör dem till ett mycket lovande alternativ för framtida bränsleproduktion.

Dock, innan vi sätter den soldrivna vagnen framför hästen, det är viktigt att notera att COF-baserade fotokatalysatorer befinner sig i ett tidigt utvecklingsstadium och fortfarande inte producerar bränsle lika effektivt som sina halvledarbaserade motsvarigheter. Ändå, deras enastående egenskaper och strukturella mångfald gör dem till lovande kandidater för framtida solenergi-till-bränsleforskning och en hållbar lösning för den pågående energikrisen. "Den mest väsentliga frågan är att utforska robusta COFs-härledda katalysatorer för de önskade applikationerna. Det kan förväntas att COF-baserade fotokatalysatorer kommer att uppnå en ny milstolpe under de kommande åren, " avslutar en optimistisk Dr Pankaj Raizada.

Verkligen, en framtid baserad på ren energi verkar inte så långt borta.