Nelle giuste condizioni, nanoparticelle d'argento, rappresentato dalle grandi sfere arancioni, può assorbire la luce visibile. I portatori di carica prodotti dall'eccitazione della luce vengono trasferiti a CO2 e acqua, consentendo la conversione in idrocarburi e altre molecole multicarboniche. Nella grafica, gli atomi di carbonio sono neri, gli atomi di ossigeno sono rossi e gli atomi di idrogeno sono bianchi. Credito:D. Devasia/Jain Lab/Università dell'Illinois Urbana-Champaign
I ricercatori riferiscono che piccole quantità di molecole utili come gli idrocarburi vengono prodotte quando l'anidride carbonica e l'acqua reagiscono in presenza di luce e un catalizzatore di nanoparticelle d'argento. Il loro studio di convalida, reso possibile dall'uso di una tecnica analitica ad alta risoluzione, potrebbe aprire la strada alla CO 2 -tecnologie di riduzione che consentono la produzione su scala industriale di combustibili rinnovabili a base di carbonio.
Lo studio, guidato dal professore di chimica dell'Università dell'Illinois Urbana-Champaign Prashant Jain, sonda l'attività chimica sulla superficie dei catalizzatori di nanoparticelle d'argento sotto luce visibile e utilizza isotopi di carbonio per tracciare l'origine e la produzione di queste reazioni chimiche precedentemente non rilevate. I risultati sono pubblicati sulla rivista Comunicazioni sulla natura.
Conversione di CO . guidata dalla luce solare 2 e l'acqua in composti multicarbonio ad alta densità energetica è una tecnologia praticabile per la generazione di energia rinnovabile e la produzione di sostanze chimiche. A causa di ciò, i ricercatori sono alla ricerca di catalizzatori sintetici che facilitino la CO . su larga scala 2 riduzione in molecole multicarbonio, i rapporti di studio.
"Le reazioni chimiche catalitiche a livello industriale sono generalmente testate e ottimizzate sulla base del profilo di massa dei prodotti finali, " ha detto Jain. "Ma ci sono specie chimiche formate nelle fasi intermedie di tali reazioni, sulla superficie dei catalizzatori, potrebbero essere troppo scarsi per essere rilevati e misurati utilizzando metodi convenzionali, ma sono indicatori fondamentali di come funziona un catalizzatore".
Nel laboratorio, Il team di Jain ha utilizzato uno spettroscopio Raman appositamente attrezzato per rilevare e identificare singole molecole formate sulla superficie delle singole nanoparticelle d'argento. Isolando una singola nanoparticella sulla quale progrediscono le reazioni chimiche, i ricercatori possono utilizzare un laser altamente focalizzato per eccitare le molecole che si formano sulla superficie del catalizzatore per creare un segnale spettrale che identifica le molecole formate in modo discreto, fasi elementari del processo chimico globale.
"Mi piace pensare a questo lavoro in termini di una storia, " ha detto Jain. "C'è un tema generale in una storia, che è la riduzione di CO 2 . I protagonisti sono CO 2 , h 2 Oh, nanoparticelle d'argento, monossido di carbonio e ioni idrogeno, Per esempio. Ma ci sono anche alcuni personaggi minori ma molto interessanti come il butanolo, acetato e acido ossalico che aiutano a raccontare la storia dei protagonisti. E qualche volta, i personaggi minori sono molto più interessanti di quelli maggiori."
A volte i personaggi minori possono venire con alcuni giocatori non intenzionali, ha detto Jain. Per garantire che le molecole intermedie a base di carbonio rilevate dai ricercatori siano il risultato della CO 2 processo di riduzione e non contaminazione, hanno usato CO 2 contenente solo l'isotopo carbonio-13, che costituisce solo l'1,1% del carbonio sulla Terra.
"L'utilizzo del carbonio-13 per tracciare i percorsi di reazione ci ha permesso di confermare che tutti gli idrocarburi misurati erano presenti a causa della CO 2 abbiamo intenzionalmente aggiunto nel recipiente di reazione, e non accidentalmente introdotti tramite contaminazione delle nanoparticelle d'argento o successivamente durante il processo di analisi, " disse Jain. "Il carbonio-13 è raro, quindi se dovessimo rilevarlo nei nostri prodotti di reazione, sapremmo che era il risultato della conversione guidata dalla luce di CO 2 e formazione del legame C-C."
La scala della formazione di molecole multicarbonio utilizzando catalizzatori di nanoparticelle d'argento rimane molto piccola in questa fase della ricerca, ha detto Jain. Però, i ricercatori possono concentrarsi sullo sviluppo di catalizzatori sintetici migliorati e sul potenziamento per la produzione industriale, ora che è stata rivelata la promessa di nanoparticelle che raccolgono la luce.
