Il cambiamento climatico è in pieno svolgimento e continuerà senza sosta finché la CO ₂ le emissioni continuano. Una possibile soluzione è restituire CO ₂ al ciclo energetico:CO ₂ potrebbe essere trasformato con acqua in metanolo, un carburante che può essere facilmente trasportato e immagazzinato. Però, la reazione, che ricorda un parziale processo di fotosintesi, richiede energia e catalizzatori. Sviluppo di fotocatalizzatori attivi alla luce da abbondanti, materiali facilmente ottenibili consentirebbero il verde, combustibili solari climaticamente neutri.

Un candidato per tali fotocatalizzatori sono i cosiddetti nanomateriali di diamante, che includono schiume di carbonio nanostrutturate con un'elevata area superficiale, e minuscoli nanocristalli di poche migliaia di atomi di carbonio che sono solubili in acqua e sembrano una sospensione nera. Affinché questi materiali diventino cataliticamente attivi, però, richiedono l'eccitazione della luce UV. Solo questa gamma spettrale della luce solare è abbastanza ricca di energia per trasportare gli elettroni dal materiale allo stato libero. Solo allora gli elettroni solvatati possono essere emessi in acqua e reagire con la CO . disciolta ₂ per formare metanolo.

Però, la componente UV nello spettro solare non è molto alta. I fotocatalizzatori che potrebbero anche utilizzare lo spettro visibile della luce solare sarebbero l'ideale. È qui che entra in gioco il lavoro dello scienziato HZB Tristan Petit e dei suoi partner di cooperazione in DIACAT:la modellazione dei livelli di energia in tali materiali mostra che gli stadi intermedi possono essere costruiti nel band gap drogando con atomi estranei. Boro, un elemento trivalente, sembra essere particolarmente importante.

Petit e il suo team hanno quindi studiato campioni di diamanti policristallini, schiume diamantate e nanodiamanti. Questi campioni erano stati precedentemente sintetizzati nei gruppi di Anke Krüger a Würzburg e Christoph Nebel a Friburgo. A BESSY II. I ricercatori hanno utilizzato la spettroscopia di assorbimento dei raggi X per misurare gli stati energetici non occupati in cui gli elettroni potrebbero essere eccitati dalla luce visibile. "Gli atomi di boro presenti vicino alla superficie di questi nanodiamanti in realtà portano agli stadi intermedi desiderati nel band gap, " spiega la dottoranda Sneha Choudhury, primo autore dello studio. Questi stadi intermedi sono in genere molto vicini alle bande di valenza, e quindi non consentono l'uso efficace della luce visibile. Però, le misurazioni mostrano che questo dipende anche dalla struttura dei nanomateriali.

"Possiamo introdurre e possibilmente controllare tali passaggi aggiuntivi nel bandgap del diamante modificando specificamente la morfologia e il doping, " dice Tristan Petit. Anche il doping con fosforo o azoto potrebbe offrire nuove opportunità.