Ένας νέος φωτοκαταλύτης για την αναγωγή του διοξειδίου του άνθρακα, βασισμένος σε πολυμερή υλικά, επέδειξε εντυπωσιακή απόδοση κατά τη διάρκεια σχετικών δοκιμών, δίνοντας στους επιστήμονες του Ινστιτούτου Tokyo Tech μία εναλλακτική για την καταπολέμηση της υπερθέρμανσης του πλανήτη.
Κατασκευασμένος από ευρέως διαθέσιμα στοιχεία, που δεν απαιτούν περίπλοκη επεξεργασία ή τροποποιήσεις μετά τη σύνθεσή του, αυτός ο πολλά υποσχόμενος φωτοκαταλύτης θα μπορούσε να ανοίξει το δρόμο για μια νέα κατηγορία φωτοκαταλυτών, με στόχο την αποτελεσματική μετατροπή του CO2 σε χρήσιμες χημικές ενώσεις.
Το διοξείδιο του άνθρακα (CO2) που απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα κατά την καύση ορυκτών καυσίμων είναι η κύρια αιτία της υπερθέρμανσης του πλανήτη. Ένας τρόπος αντιμετώπισης αυτής της αυξανόμενης απειλής, είναι η ανάπτυξη τεχνολογιών αναγωγής του σε χρήσιμες χημικές ουσίες, όπως το CO και το μυρμηκικό οξύ (HCOOH).
Ειδικότερα, τα φωτοκαταλυτικά συστήματα αναγωγής CO2 χρησιμοποιούν ορατό ή υπεριώδες φως για τη διαδικασία της αναγωγής, με τον ίδιο τρόπο που τα φυτά χρησιμοποιούν το ηλιακό φως για τη φωτοσύνθεση. Τα τελευταία χρόνια, οι επιστήμονες έχουν ανακαλύψει πολλούς εξελιγμένους φωτοκαταλύτες που βασίζονται σε οργανομεταλλικά υλικά και coordination polymers (CPs). Δυστυχώς, τα περισσότερα από αυτά, είτε απαιτούν πολύπλοκη επεξεργασία και τροποποιήσεις μετά τη σύνθεσή τους ή περιέχουν πολύτιμα μέταλλα.
Σε μια πρόσφατη μελέτη που δημοσιεύτηκε στο επιστημονικό περιοδικό ACS Catalysis, μια ερευνητική ομάδα στην Ιαπωνία βρήκε έναν τρόπο να ξεπεράσει αυτές τις προκλήσεις. Με επικεφαλής τον Επικ. Καθηγητή Yoshinobu Kamakura και τον καθηγητή Kazuhiko Maeda από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας του Τόκιο (Tokyo Tech), η ομάδα ανέπτυξε ένα νέο είδος φωτοκαταλύτη για την αναγωγή του CO2 με βάση ένα πολυμερές που περιέχει δεσμούς μολύβδου-θείου (Pb-S). Γνωστό ως KGF-9, το νέο πολυμερές αποτελείται από μια άπειρη (–Pb–S–)n δομή με ιδιότητες που δε μοιάζουν με οποιονδήποτε άλλο γνωστό φωτοκαταλύτη.
Για παράδειγμα, το KGF-9 δεν έχει πόρους ή κενά, που σημαίνει ότι έχει μικρή ειδική επιφάνεια. Μολαταύτα, πέτυχε μια θεαματική απόδοση φωτοαναγωγής. Υπό ακτινοβολία ορατού φωτός στα 400nm, το KGF-9 έδειξε μια φαινομενική κβαντική απόδοση (απόδοση προϊόντος ανά φωτόνιο που απορροφήθηκε) της τάξεως του 2,6% και επιλεκτικότητα άνω του 99% στην αναγωγή του CO2 σε μυρμηκικό ανιόν (HCOO−).
«Αυτές οι τιμές είναι οι υψηλότερες που έχουν αναφερθεί για την αναγωγή του CO2 σε HCOO− από έναν φωτοκαταλύτη μονού συστατικού χωρίς πολύτιμα μέταλλα», εξηγεί ο καθηγητής Maeda. Η εργασία θα μπορούσε να ρίξει φως στη δυνατότητα των μη πορωδών coordinated πολυμερών να δράσουν ως δομικές μονάδες για φωτοκαταλυτικά συστήματα μετατροπής. Εκτός από την αξιοσημείωτη απόδοση του, το KGF-9 συντίθεται και χρησιμοποιείται πιο εύκολα σε σύγκριση με άλλους φωτοκαταλύτες. Δεδομένου ότι οι ενεργές θέσεις Pb (όπου συμβαίνει η αναγωγή του CO2) είναι ήδη «εγκατεστημένες» στην επιφάνειά του, το KGF-9 δεν απαιτεί την παρουσία συγκαταλύτη, όπως μεταλλικά νανοσωματίδια ή μεταλλικά σύμπλοκα. Επιπλέον, δεν απαιτεί άλλες μετα-συνθετικές τροποποιήσεις για να λειτουργήσει σε θερμοκρασία δωματίου και υπό ορατό φωτισμό.
Η ομάδα στο Tokyo Tech διερευνά ήδη νέες στρατηγικές για να αυξήσει την ωφέλιμη επιφάνεια του KGF-9 και να ενισχύσει περαιτέρω την απόδοσή του. Ως ο πρώτος φωτοκαταλύτης με τον Pb(II) ως ενεργό κέντρο, υπάρχει μεγάλη πιθανότητα το KGF-9 να ανοίξει το δρόμο για μια πιο οικονομικά εφικτή διαδικασία αναγωγής του CO2. Από την άποψη αυτή, η ερευνητική ομάδα τονίζει: «Πιστεύουμε ότι η μελέτη μας παρέχει μια άνευ προηγουμένου ευκαιρία για την ανάπτυξη μιας νέας κατηγορίας φθηνών φωτοκαταλυτών για την αναγωγή του CO2 ο οποίος αποτελείται από ευρέως διαθέσιμα στοιχεία».
Με πληροφορίες από Phys.org
