Credito:Wiley
Un passo verso l'anidride carbonica (CO2 ) la neutralità e la mitigazione sia dell'effetto serra che della crisi energetica significherebbe convertire CO2 in combustibili a base di idrocarburi come il metano utilizzando la luce. Nella rivista Angewandte Chemie International Edition , un team di ricerca cinese ha introdotto un fotocatalizzatore altamente efficace basato su atomi d'oro per rendere possibile questa trasformazione.
La conversione fotocatalitica di CO2 avviene attraverso una serie di processi in cui gli elettroni vengono trasferiti. Ciò può comportare vari prodotti, tra cui monossido di carbonio (CO), metanolo (CH3 OH), metano (CH4 ), e altri idrocarburi. Otto elettroni devono essere trasferiti sulla strada da CO2 a CH4 —più che per altri C1 prodotti. Il metano è il prodotto finale termodinamicamente favorevole, ma la reazione in competizione per formare CO richiede solo due elettroni ed è molto più veloce, quindi è cineticamente favorito. La metanizzazione efficace e selettiva è quindi particolarmente impegnativa.
Un team guidato da Hefeng Cheng (Università di Shandong, Jinan, Cina) e colleghi ha ora sviluppato un approccio pratico per convertire in modo efficiente la CO2 a CH4 utilizzando l'energia solare. La chiave del loro successo è un nuovo catalizzatore con atomi d'oro singoli. Poiché gli atomi d'oro si aggregano nei metodi preparativi convenzionali, il team ha sviluppato una nuova strategia che utilizza uno scambio complesso per produrre il catalizzatore.
A causa delle loro strutture elettroniche uniche, i catalizzatori a atomo singolo si comportano in modo diverso dalle nanoparticelle metalliche convenzionali. Inoltre, quando fissati ad un supporto adatto, quasi tutti i singoli atomi sono disponibili come centri catalitici attivi. In questo nuovo catalizzatore, singoli atomi d'oro sono ancorati a un nanostrato ultrasottile di solfuro di zinco-indio e sono coordinati ciascuno a due soli atomi di zolfo. Alla luce del sole, il catalizzatore ha dimostrato di essere molto attivo con un CH4 selettività del 77%.
Un fotosensibilizzante (un complesso di rutenio) assorbe la luce, si eccita e accetta un elettrone reso disponibile da un donatore di elettroni (trietanolammina). Quindi passa l'elettrone al catalizzatore. I singoli atomi d'oro sulla superficie del supporto agiscono come "pompe elettroniche". Catturano gli elettroni in modo molto più efficace rispetto alle nanoparticelle d'oro e li trasferiscono a CO2 molecole e intermedi.
La caratterizzazione e i calcoli dettagliati rivelano che il catalizzatore attiva la CO2 molecole in misura molto maggiore rispetto alle nanoparticelle d'oro, adsorbe più fortemente gli intermedi *CO eccitati, abbassa la barriera energetica per legare gli ioni idrogeno e stabilizza il *CH3 intermedio. Ciò consente CH4 essere il prodotto preferito e riduce al minimo il rilascio di CO. + Esplora ulteriormente
