Cu2O (a destra) che subisce fotocorrosione rispetto a Cu2O/TiO2 (a sinistra) che opera in uno schema Z per ridurre la CO2. Attestazione:Ruixin Zhou
Un team di chimici dell'Università del Kentucky e dell'Istituto di Ricerca Fisica di Mar del Plata in Argentina ha appena segnalato un modo per innescare un passaggio fondamentale nel meccanismo della fotosintesi, fornendo un processo con un grande potenziale per lo sviluppo di nuove tecnologie per ridurre i livelli di anidride carbonica.
Guidati da Marcelo Guzman, un professore associato di chimica> nel College of Arts and Sciences del Regno Unito, e Ruixin Zhou, uno studente di dottorato che lavora con Guzman, i ricercatori hanno utilizzato un nanomateriale sintetico che combina il potere altamente riducente dell'ossido rameoso (Cu 2 O) con un rivestimento di biossido di titanio ossidante (TiO 2 ) che impedisce la perdita di ione rame (I) nel catalizzatore. Il catalizzatore in Cu 2 O/TiO 2 ha la capacità unica di trasferire elettroni per ridurre l'anidride carbonica atmosferica gas serra (CO 2 ) rompendo contemporaneamente la molecola d'acqua (H 2 O). La caratteristica unica di questo catalizzatore per il trasferimento di elettroni imita il cosiddetto meccanismo "schema Z" della fotosintesi.
Pubblicato in Catalisi applicata B:ambientale , i ricercatori hanno dimostrato che se il catalizzatore è esposto alla luce solare gli elettroni vengono trasferiti alla CO 2 in un processo che ricorda il modo in cui i fotosistemi 1 e 2 operano in natura.
"Sviluppare i materiali che possono essere combinati per ridurre la CO 2 attraverso un meccanismo a schema Z diretto con la luce solare è un problema importante, " disse Zhou. "Tuttavia, è ancora più difficile dimostrare che il processo funziona davvero. Da questo punto di vista scientifico, la ricerca sta contribuendo a far progredire la tecnologia delle funzionalità per il sequestro del carbonio".
Questo è un compito che molti scienziati perseguono da molto tempo, ma la sfida è dimostrare che entrambi i componenti del catalizzatore interagiscono per abilitare le proprietà elettroniche di un meccanismo dello schema Z. Sebbene sia possibile utilizzare una varietà di materiali, l'aspetto chiave di questa ricerca è che il catalizzatore non è costituito da elementi scarsi e molto costosi come renio e iridio per guidare le reazioni con l'energia solare che raggiunge la superficie terrestre. Il catalizzatore impiegava TiO . resistente alla corrosione 2 applicare un rivestimento protettivo bianco alle particelle ottaedriche di Cu . rosso 2 O.
Il team ha progettato una serie di esperimenti per testare l'ipotesi che il catalizzatore operi attraverso uno schema Z invece di utilizzare un meccanismo di trasferimento a doppia carica. La produzione misurata di monossido di carbonio (CO) da CO 2 riduzione, l'identificazione del radicale idrossile (HO • ) intermedio da H 2 O ossidazione in rotta per formare ossigeno (O 2 ), e le proprietà elettroniche e ottiche caratterizzate del catalizzatore e dei singoli componenti hanno verificato che lo schema Z proposto fosse operativo.
Il prossimo obiettivo della ricerca è migliorare l'approccio esplorando una serie di diversi catalizzatori e identificare quello più efficiente per trasformare la CO 2 in combustibili chimici come il metano. Per di qua, sarà creata una nuova tecnologia per fornire fonti energetiche alternative pulite e convenienti e per affrontare il problema del consumo continuo di combustibili fossili e dei crescenti livelli di gas serra.
Questa ricerca è stata supportata in parte dalla National Science Foundation degli Stati Uniti, UK e da due agenzie argentine (CONICET e ANPCyT).
