Un catalizzatore di boro "autoriscaldante" che fa un uso particolarmente efficiente della luce solare per ridurre l'anidride carbonica (CO2) funge da raccoglitore di luce, convertitore fototermico, generatore di idrogeno, e catalizzatore in uno. Nel diario Angewandte Chemie , i ricercatori introducono una reazione fototermocatalitica che non richiede additivi oltre all'acqua. Ciò potrebbe costituire la base di un nuovo, processo più efficiente per convertire il gas serra CO2 in una fonte di carbonio utile per la produzione di combustibili e prodotti chimici.

Il percorso ideale per rendere utile la CO2 è considerato la riduzione aiutata da un fotocatalizzatore per utilizzare la luce solare come unica fonte di energia, un processo che corrisponde alla prima fase della fotosintesi. Nonostante decenni di ricerche, i processi di conversione della CO2 sono ancora troppo inefficienti. "Ciò è in gran parte dovuto all'utilizzo insufficiente della luce solare, la barriera ad alta energia per l'attivazione della CO2, e la cinetica lenta dei molteplici processi di trasferimento di elettroni e protoni, " spiega Jinhua Ye.

Lavorando con un team per il National Institute for Materials Science (NIMS) di Tsukuba, Ibaraki, e l'Università di Hokkaido a Sapporo (Giappone), così come la Tianjin University e la Nanjing University of Aeronautics and Astronautics (Cina), Ye sta ora perseguendo una strategia che utilizza sia la luce che l'energia termica fornita dalla luce solare. Quando il sole splende su una superficie, è riscaldato. I ricercatori vogliono utilizzare questo normale effetto fototermico per aumentare l'efficienza dei sistemi catalitici. Il loro materiale preferito è il boro elementare in polvere, che assorbe molto fortemente la luce solare e la converte efficacemente fototermicamente, riscaldandosi notevolmente. Ciò ha permesso al team di effettuare l'efficace riduzione della CO2 per formare monossido di carbonio (CO) e metano (CH4) sotto irraggiamento in presenza di acqua, senza ulteriori reagenti o co-catalizzatori.

L'irradiazione provoca il riscaldamento delle particelle di boro fino a circa 378 °C. A questa temperatura reagisce con l'acqua, formazione di ossidi di idrogeno e boro in situ. Gli ossidi di boro agiscono come "trappole" per le molecole di CO2. L'idrogeno è altamente reattivo e, in presenza del catalizzatore di boro fotoattivato, riduce efficacemente la CO2 fornendo i protoni (H+) e gli elettroni necessari.

"La chiave del nostro successo risiede nelle proprietà favorevoli della polvere di boro, che lo rendono un catalizzatore all-in-one:mietitrice leggera, convertitore fototermico, fonte di idrogeno, e catalizzatore, " afferma Ye. "Il nostro studio conferma il potenziale altamente promettente di una strategia fototermocatalitica per la conversione della CO2 e potenzialmente apre nuove prospettive per lo sviluppo di altri sistemi di reazione a energia solare".