En ny koordinationspolymer-baserad fotokatalysator för CO₂ Reduktion uppvisar oöverträffad prestanda, vilket ger forskare vid Tokyo Tech hopp i kampen mot den globala uppvärmningen. Tillverkad av rikligt med element och som inte kräver någon komplex behandling eller modifieringar efter syntesen, kan denna lovande fotokatalysator bana väg för en ny klass av fotokatalysatorer för att effektivt omvandla CO₂ till användbara kemikalier.

Koldioxiden (CO₂ ) som släpps ut i atmosfären vid förbränning av fossila bränslen är en ledande orsak till global uppvärmning. Ett sätt att ta itu med detta växande hot är att utveckla CO₂ reduktionstekniker, som omvandlar CO₂ till användbara kemikalier, såsom CO och myrsyra (HCOOH). I synnerhet fotokatalytisk CO₂ reduktionssystem använder synligt eller ultraviolett ljus för att driva CO₂ minskning, ungefär som hur växter använder solljus för att utföra fotosyntes. Under de senaste åren har forskare rapporterat om många sofistikerade fotokatalysatorer baserade på metallorganiska ramverk och koordinationspolymerer (CP). Tyvärr kräver de flesta av dem antingen komplex eftersyntesbehandling och modifieringar eller är gjorda av ädelmetaller.

I en nyligen publicerad studie publicerad i ACS Catalysis , hittade ett forskarlag Japan ett sätt att övervinna dessa utmaningar. Under ledning av den särskilt utsedda assisterande professorn Yoshinobu Kamakura och professor Kazuhiko Maeda från Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), utvecklade teamet en ny typ av fotokatalysator för CO₂ reduktion baserad på en CP som innehåller bly-svavelbindningar (Pb-S). Känd som KGF-9, den nya CP består av en oändlig (–Pb–S–) n-struktur med egenskaper som inte liknar någon annan känd fotokatalysator.

Till exempel har KGF-9 inga porer eller hålrum, vilket betyder att den har en låg yta. Trots detta uppnådde den en spektakulär fotoreduktionsprestanda. Under bestrålning med synligt ljus vid 400 nm visade KGF-9 ett skenbart kvantutbyte (produktutbyte per absorberad foton) på 2,6 % och en selektivitet på över 99 % i reduktionen av CO₂ att formatera (HCOO−). "Dessa värden är de högsta som hittills rapporterats för en ädelmetallfri, enkomponent fotokatalysatordriven reduktion av CO₂ till HCOO−", säger Prof. Maeda. "Vårt arbete skulle kunna belysa potentialen hos icke-porösa CP:er som byggnadsenheter för fotokatalytisk CO₂ konverteringssystem."

Förutom dess enastående prestanda är KGF-9 lättare att syntetisera och använda jämfört med andra fotokatalysatorer. Eftersom de aktiva Pb-sajterna (där CO₂ reduktion inträffar) redan är "installerade" på dess yta, kräver KGF-9 inte närvaron av en samkatalysator, såsom metallnanopartiklar eller metallkomplex. Dessutom kräver det inga andra modifieringar efter syntesen för att fungera i rumstemperatur och under synligt ljus.

Teamet på Tokyo Tech undersöker redan nya strategier för att öka ytan på KGF-9 och öka dess prestanda ytterligare. Som den första fotokatalysatorn med Pb(II) som ett aktivt centrum, finns det en god chans att KGF-9 kommer att bana väg för en mer ekonomiskt genomförbar CO₂ minskning. I detta avseende säger forskargruppen, "Vi tror att vår studie ger en aldrig tidigare skådad möjlighet att utveckla en ny klass av billiga fotokatalysatorer för CO₂ reduktion som består av jordnära element." + Utforska vidare

Ny fotokatalysator ökar effektiviteten vid vattendelning för produktion av rent väte