Innovazione nella decomposizione dell’anidride carbonica ad alta efficienza

Gli scienziati stanno trovando un modo per utilizzare in modo efficiente la luce visibile del sole per abbattere l’anidride carbonica, aprendo le porte a nuovi modi per mitigare il riscaldamento globale.

anidride carbonica (CO₂) Le emissioni delle attività umane sono aumentate drasticamente nell’ultimo secolo e mezzo e sono considerate la causa principale del riscaldamento globale e dei modelli meteorologici anomali. Pertanto, c’è stato un significativo focus di ricerca, in una serie di aree, sull’abbassamento del nostro biossido di carbonio₂ emissioni e livelli atmosferici. Una strategia promettente è quella di decomporre chimicamente o “ridurre” l’anidride carbonica₂ Utilizzo di fotocatalizzatori: composti che assorbono l’energia luminosa e la forniscono per le reazioni, accelerandole. Con questa strategia si riduce la CO2 utilizzando l’energia solare₂, dove non viene utilizzata nessun’altra fonte di energia artificiale diventa possibile, aprendo le porte a un percorso sostenibile verso un futuro sostenibile.

Un team di scienziati guidati dal Dr. Shinji Kawasaki e Yusuke Ishii del Nagoya Institute of Technology, Giappone, sono stati in prima linea negli sforzi per raggiungere l’efficienza della CO2 con l’aiuto dell’energia solare.₂ sconto. La loro ultima scoperta è stata pubblicata sulla rivista Nature Rapporti scientifici.

Figura 2: Meccanismo del nuovo fotocatalizzatore a tre componenti. L’elettrone fotoeccitato viaggia dallo ioduro d’argento (AgI) lungo i nanotubi di carbonio allo ioduro d’argento (AgIO3) dove l’anidride carbonica (CO2) viene ridotta a monossido di carbonio (CO). Crediti: Shinji Kawasaki e Yusuke Ishii del Nagoya Institute of Technology

La loro ricerca è iniziata con la necessità di risolvere il problema della limitata applicabilità dello iodato d’argento (AgIO₃), un fotocatalizzatore che ha suscitato grande interesse per essere vantaggioso per la CO₂ reazione di riduzione. Il problema è che AgIO₃ Ha bisogno di un’energia molto più alta di quella che la luce visibile può fornire per funzionare come un efficace fotocatalizzatore; La luce visibile è la maggior parte della radiazione solare.

Gli scienziati hanno cercato di superare questo problema di efficienza combinando AgIO₃ Utilizzo di ioduro d’argento (AgI), che può assorbire e utilizzare la luce visibile in modo efficiente. Tuttavia, AgIO₃I composti AgI hanno processi di sintesi complessi, che rendono impraticabile la loro produzione su larga scala. Inoltre, non hanno strutture che forniscono percorsi efficienti per il trasferimento di elettroni fotoeccitati (elettroni attivati ​​dall’assorbimento della luce) da AgI ad AgIO.₃, che è fondamentale per l’attività catalitica del composto.

Figura 3: un elettrodo polimerico flessibile per il fotocatalizzatore. La nuova dispersione di fotocatalizzatore a tre componenti può essere facilmente spruzzata su film polimerici per produrre elettrodi flessibili che possono essere combinati in molti ambienti. Crediti: Shinji Kawasaki e Yusuke Ishii del Nagoya Institute of Technology

“Ora abbiamo sviluppato un nuovo fotocatalizzatore che comprende nanotubi di carbonio a parete singola (SWCNT) con AgIO.₃ e AgI per formare un catalizzatore complesso a tre componenti, afferma il dott. Kawasaki, “Il ruolo degli SWCNT è multimodale. Risolve i problemi di sintesi e il percorso di trasferimento degli elettroni. “

Il processo di sintesi dei tre componenti è semplice e prevede solo due passaggi: 1. Incapsulamento delle molecole di iodio all’interno di un SWCNT mediante il metodo di ossidazione elettrochimica. 2. Preparazione del composto immergendo il prodotto del passaggio precedente in una soluzione acquosa di nitrato d’argento (AgNO .).₃).

Le osservazioni spettroscopiche utilizzando il composto hanno mostrato che durante il processo di sintesi, le molecole di iodio incapsulate hanno ricevuto una carica da SWCNT e si sono trasformate in ioni specifici. Quindi questi hanno reagito con AgNO₃ Per formare AgI e AgIO₃ Microcristalli, che, a causa delle posizioni iniziali delle molecole di iodio incapsulate, si sono depositati uniformemente su tutti gli SWCNT. L’analisi sperimentale utilizzando la luce solare simulata ha rivelato che gli SWCNT agivano anche come percorso conduttivo attraverso il quale gli elettroni fotoeccitati viaggiavano da AgI ad AgIO.₃, consentendo un’efficace riduzione dell’anidride carbonica₂ al monossido di carbonio (CO).

L’incorporazione di SWCNT ha anche permesso di spruzzare facilmente la dispersione composita su un polimero a film sottile per produrre fotoelettrodi flessibili che sono versatili e possono essere utilizzati in varie applicazioni.

Il dottor Ishi spera nel potenziale del loro fotocatalizzatore. “Può ridurre l’energia solare dell’anidride carbonica industriale”₂ Emissioni e anidride carbonica nell’atmosfera₂ È una soluzione di energia rinnovabile, sostenibile e facile da scalare che affronta il riscaldamento globale e il cambiamento climatico, rendendo la vita delle persone più sicura e più sana.

Il team afferma che il prossimo passo è esplorare la possibilità di utilizzare un fotocatalizzatore per generare idrogeno solare. Forse il futuro dell’umanità è radioso, dopotutto!

Riferimento: “Sintesi one-step della luce visibile CO₂ Fotocatalizzatore di riduzione dei nanotubi di carbonio incapsulati con iodio” di Mayar Zubaidi, Kenta Kobayashi, Yusuke Ishii e Shinji Kawasaki, 12 maggio 2021 Disponibile qui Rapporti scientifici.
DOI: 10.1038 / s41598-021-89706-2