Con il continuo esaurimento dei combustibili fossili, l'aumento dei gas serra, il problema di come rendere pulito, l'energia sicura e conveniente rimane una preoccupazione fondamentale.

A seguito del lavoro seminale del premio Nobel Jean-Marie Lehn e altri negli anni '80, i fotocatalizzatori, materiali che convertono la luce in energia, sono stati sempre più esplorati come un modo efficiente per scomporre l'anidride carbonica (CO2) in utili, molecole ad alta energia. Rispetto agli approcci convenzionali come la catalisi termica, Per esempio, i fotocatalizzatori hanno il vantaggio di non richiedere procedure costose come alte temperature e pressioni.

Ora, un gruppo di ricerca guidato da Kazuhiko Maeda presso Tokyo Tech ha sviluppato un nuovo nanomateriale in grado di ridurre la CO2 con una selettività (Term.a) del 99% e un numero di fatturato (Term.b) superiore a 2000, superando i metodi esistenti.

Questi risultati sono i più alti registrati sotto luce visibile e in acqua, avvicinando il team di Maeda all'obiettivo della fotosintesi artificiale:la progettazione di sistemi che replicano il processo naturale di utilizzo della luce solare, acqua e CO2 per la produzione di energia sostenibile.

Il nuovo materiale, segnalato in Angewandte Chemie , è costituito da nanofogli di nitruro di carbonio ad alta superficie combinati con una struttura metallica nota come complesso binucleare di rutenio (II) (RuRu'). Sebbene sia noto che diversi tipi di complessi metallici promuovono la riduzione della CO2, Maeda afferma che RuRu' è attualmente "il più performante", ma deve essere sostituito con controparti prive di metalli preziosi in futuro.

Ciò che rende unico il materiale è la misura in cui il RuRu' si lega alla superficie del nanofoglio. Il forte legame migliora il trasferimento di elettroni, che a sua volta migliora la riduzione di CO2. Nello studio, è stato riscontrato che fino al 70% del RuRu' era attaccato ai nanosheet, una cifra senza precedenti, Maeda spiega, dato che si ritiene che la superficie del nitruro di carbonio sia chimicamente inerte. "Questa è stata una grande sorpresa nella nostra comunità di ricerca, " lui dice.

Anche, per ottimizzare le prestazioni, Il team di Maeda ha modificato i nanofogli con argento, che svolge un ruolo importante nel migliorare la cattura di elettroni e l'efficienza di trasferimento.

La ricerca apre nuove possibilità per i fotocatalizzatori a base di nitruro di carbonio, in quanto lavorano non solo in acqua ma anche vari solventi organici, che possono essere trasformati in sostanze chimiche a valore aggiunto come le aldeidi nell'industria chimica.

"Fino a poco tempo fa, sembrava impossibile ottenere una riduzione di CO2 sotto luce visibile in soluzione acquosa con alta efficienza, " dice Maeda. "Il nostro nuovo risultato dimostra chiaramente che questo è davvero possibile, anche utilizzando un materiale a basso costo a base di nitruro di carbonio."

Una delle prossime sfide per il team di Maeda è progettare fotocatalizzatori costituiti da metalli abbondanti in terra come ferro e rame al posto del raro metallo rutenio.