L'elettrone fotoeccitato dallo ioduro d'argento (AgI) viaggia lungo il nanotubo di carbonio fino allo iodato d'argento (AgIO 3 ) dove l'anidride carbonica (CO 2 ) viene ridotto a monossido di carbonio (CO). Credito:Shinji Kawasaki e Yosuke Ishii del Nagoya Institute of Technology
Anidride carbonica (CO 2 ) le emissioni delle attività umane sono aumentate drasticamente nell'ultimo secolo e mezzo e sono considerate la causa principale del riscaldamento globale e di condizioni meteorologiche anomale. Così, c'è stata una notevole attenzione alla ricerca, in più campi, sull'abbassamento della nostra CO 2 emissioni e dei suoi livelli atmosferici. Una strategia promettente è quella di abbattere chimicamente, o 'ridurre, 'CO 2 utilizzando fotocatalizzatori, composti che assorbono l'energia luminosa e la forniscono alle reazioni, velocizzandoli. Con questa strategia, la riduzione di CO . ad energia solare 2 , dove non viene utilizzata nessun'altra fonte di energia artificiale, diventa possibile, aprendo le porte a un percorso sostenibile verso un futuro sostenibile.
Un team di scienziati guidati da Drs. Shinji Kawasaki e Yosuke Ishii del Nagoya Institute of Technology, Giappone, è stata in prima linea negli sforzi per ottenere un'efficiente CO . assistita dall'energia solare 2 riduzione. La loro recente scoperta è pubblicata su Nature's Rapporti scientifici .
La loro ricerca è iniziata con la necessità di risolvere il problema della limitata applicabilità dello iodato d'argento (AgIO 3 ), un fotocatalizzatore che ha attirato notevole attenzione per essere utile per la CO 2 reazione di riduzione. Il problema è che AgIO 3 necessita di un'energia molto superiore a quella che la luce visibile può fornire per funzionare come un efficiente fotocatalizzatore; e la luce visibile è la maggior parte della radiazione solare.
Gli scienziati hanno tentato di aggirare questo problema di efficienza combinando AgIO 3 con ioduro d'argento (AgI), che può assorbire e utilizzare in modo efficiente la luce visibile. Però, Aggio 3 -I compositi AgI hanno processi di sintesi complicati, rendendo impraticabile la loro produzione su larga scala. Ulteriore, non hanno strutture che offrono percorsi efficienti per il trasferimento di elettroni fotoeccitati (elettroni energizzati dall'assorbimento della luce) da AgI ad AgIO 3 , che è la chiave per l'attività catalitica del composito.
Un nanotubo di carbonio che incapsula le molecole di iodio è immerso nel nitrato d'argento (AgNO 3 ) soluzione acquosa per produrre il fotocatalizzatore composito. Credito:Shinji Kawasaki e Yosuke Ishii del Nagoya Institute of Technology
"Abbiamo ora sviluppato un nuovo fotocatalizzatore che incorpora nanotubi di carbonio a parete singola (SWCNT) con AgIO 3 e AgI per formare un catalizzatore composito a tre componenti, "dice il dottor Kawasaki, "Il ruolo degli SWCNT è multimodale. Risolve sia i problemi di sintesi che di trasferimento degli elettroni".
Il processo di sintesi del composito a tre componenti è semplice e prevede solo due passaggi:1. Incapsulamento delle molecole di iodio all'interno del SWCNT mediante un metodo di ossidazione elettrochimica; e 2. Preparazione del composito immergendo la risultante del passaggio precedente in una soluzione acquosa di nitrato d'argento (AgNO 3 ).
Le osservazioni spettroscopiche utilizzando il composito hanno mostrato che durante il processo di sintesi, le molecole di iodio incapsulate hanno ricevuto carica dal SWCNT e sono state convertite in ioni specifici. Questi hanno poi reagito con AgNO 3 per formare AgI e AgIO 3 microcristalli, quale, a causa delle posizioni iniziali delle molecole di iodio incapsulate, sono stati depositati uniformemente su tutti gli SWCNT. L'analisi sperimentale con luce solare simulata ha rivelato che gli SWCNT agivano anche come percorso conduttivo attraverso il quale gli elettroni fotoeccitati si spostavano da AgI ad AgIO 3 , consentendo la riduzione efficiente della CO 2 al monossido di carbonio (CO).
La dispersione del nuovo fotocatalizzatore a tre componenti può essere facilmente applicata a spruzzo su pellicole polimeriche per produrre elettrodi flessibili che possono essere integrati in numerose impostazioni. Credito:Shinji Kawasaki e Yosuke Ishii del Nagoya Institute of Technology
L'incorporazione di SWCNT ha anche permesso di spruzzare facilmente la dispersione composita su un polimero a film sottile per produrre elettrodi fotocatalitici flessibili che sono versatili e possono essere utilizzati in varie applicazioni.
Il dottor Ishii è fiducioso sul potenziale del loro fotocatalizzatore. "Può rendere solare la riduzione della CO . industriale 2 emissioni e CO . in atmosfera 2 una soluzione basata sull'energia rinnovabile facile da scalare e sostenibile per affrontare il riscaldamento globale e il cambiamento climatico, rendere la vita delle persone più sicura e sana, " lui dice.
Il prossimo passo, la squadra dice è esplorare la possibilità di utilizzare il loro fotocatalizzatore per la generazione di idrogeno solare.
