(a) Immagini campione ottenute in diversi stadi di sintesi (b) Evoluzione cumulativa di metano ed etano per diversi campioni sensibilizzati al Pt wt% 0,50-G/RBT. Credito:Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST)
Un team di ricerca guidato dal professor Su-Il In del Dipartimento di Scienze e Ingegneria Energetica è riuscito a sviluppare catalizzatori fotografici in grado di convertire l'anidride carbonica in energia utilizzabile come metano o etano.
Con l'aumento delle emissioni di anidride carbonica, la temperatura della Terra aumenta e aumenta l'interesse per la riduzione dell'anidride carbonica, il principale responsabile del riscaldamento globale, è anche aumentato. Inoltre, anche il passaggio a combustibili riutilizzabili per le risorse esistenti a causa dell'esaurimento dell'energia sta attirando l'attenzione. Per risolvere i problemi ambientali transnazionali, ricerca sui fotocatalizzatori, che sono essenziali per convertire l'anidride carbonica e l'acqua in combustibili idrocarburici, sta guadagnando attenzione.
Sebbene i materiali semiconduttori con grandi gap di banda siano spesso utilizzati negli studi sui fotocatalizzatori, sono limitati nell'assorbire l'energia solare in varie aree. Così, Sono in corso studi sui fotocatalizzatori incentrati sul miglioramento della struttura e della superficie del fotocatalizzatore per aumentare le aree di assorbimento dell'energia solare o sull'utilizzo di materiali bidimensionali con un'eccellente trasmissione di elettroni.
Il team di ricerca del professor In ha sviluppato un fotocatalizzatore ad alta efficienza in grado di convertire l'anidride carbonica in metano (CH 4 ) o etano (C 2 h 6 ) ponendo il grafene su biossido di titanio ridotto in modo stabile ed efficiente.
Il fotocatalizzatore sviluppato dal team di ricerca può convertire selettivamente l'anidride carbonica da un gas in metano o etano. I risultati hanno mostrato che il suo volume di generazione è rispettivamente di 259 umol/g e 77 umol/g di metano ed etano, e il suo tasso di conversione è del 5,2 percento e del 2,7 percento superiore rispetto ai fotocatalizzatori convenzionali di biossido di titanio ridotto. In termini di volume di produzione di etano, questo risultato mostra la più alta efficienza al mondo in condizioni sperimentali simili.
Illustrazione schematica che mostra l'attività di riduzione della CO2 fotocatalitica. Credito:Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST)
Inoltre, il team di ricerca ha dimostrato per la prima volta che il poro si sposta verso il grafene a causa di fenomeni di flessione della banda visibili dalle interfacce di biossido di titanio e grafene attraverso la ricerca congiunta internazionale condotta con il team di ricerca guidato da James R. Durrant presso il Dipartimento di Chimica dell'Imperial College Londra (ICL), Regno Unito utilizzando la spettroscopia fotoelettronica.
Il movimento del poro verso il grafene attiva le reazioni provocando l'accumulo di elettroni sulla superficie del biossido di titanio ridotto e forma una grande quantità di metano radicale (CH 3 ) poiché i polielettroni si impegnano nelle reazioni. Il team di ricerca ha identificato un meccanismo per la produzione di metano se questo metano radicale formato reagisce con gli ioni idrogeno e per la produzione di etano se il metano radicale reagisce tra loro.
Il materiale catalitico sviluppato dal team di ricerca dovrebbe essere applicato in futuro a una varietà di aree come la produzione di materiali ad alto valore aggiunto e utilizzato per risolvere problemi di riscaldamento globale e esaurimento delle risorse energetiche producendo selettivamente livelli più elevati di idrocarburi materiali utilizzando la luce solare.
Il professor In ha detto, "Il fotocatalizzatore ridotto di biossido di titanio con grafene che è stato sviluppato questa volta ha il vantaggio di essere in grado di produrre selettivamente CO 2 come elemento chimico utilizzabile come metano o etano. Conducendo ricerche di follow-up che aumentano il tasso di conversione in modo che possa essere commercializzato, contribuiremo allo sviluppo della tecnologia per ridurre l'anidride carbonica e trasformarla in una risorsa".
Questo risultato della ricerca è stato pubblicato giovedì 19 luglio, 2018 nell'edizione online di Scienze energetiche e ambientali , una rivista internazionale di scienze energetiche.
