Fotoriduzione di CO₂ in carburante trasportabile come l'acido formico (HCOOH) è un ottimo modo per trattare la CO₂ L'aumento dei livelli nell'atmosfera. Per aiutare in questa missione, un team di ricerca della Tokyo Tech ha scelto un minerale a base di ferro facilmente disponibile e lo ha caricato su un supporto di allumina per sviluppare un catalizzatore in grado di convertire in modo efficiente la CO₂ in HCOOH con selettività del 90% circa.

La CO₂ in aumento livelli nella nostra atmosfera e il loro contributo al riscaldamento globale è ormai una notizia comune. Mentre i ricercatori sperimentano diversi modi per combattere questo problema, è emersa una soluzione efficiente:convertire l'eccesso di CO ₂ nell'atmosfera in prodotti chimici ricchi di energia.

Produzione di combustibili come l'acido formico (HCOOH) mediante fotoriduzione di CO₂ alla luce del sole ha recentemente attirato molta attenzione a causa del duplice vantaggio che si può ottenere da questo processo:può ridurre l'eccesso di CO₂ emissioni e aiutano anche a ridurre al minimo la carenza di energia che stiamo attualmente affrontando. Essendo un eccellente vettore di idrogeno ad alta densità di energia, HCOOH può fornire energia attraverso la combustione rilasciando solo acqua come sottoprodotto.

Per trasformare questa soluzione redditizia in realtà, gli scienziati hanno sviluppato sistemi fotocatalitici in grado di ridurre la CO₂ con l'aiuto della luce solare. Tale sistema è costituito da un substrato che assorbe la luce (cioè un fotosensibilizzante) e un catalizzatore che può consentire i trasferimenti multielettronici necessari per ridurre la CO₂ in HCOOH. E così è iniziata la ricerca di un catalizzatore adatto ed efficiente.

I catalizzatori solidi sono stati ritenuti i migliori candidati per questo compito, grazie alla loro efficienza e potenziale riciclabilità, e nel corso degli anni sono state esplorate le capacità catalitiche di molte strutture metallo-organiche (MOF) a base di cobalto, manganese, nichel e ferro, con quest'ultimo presenta alcuni vantaggi rispetto ad altri metalli. Tuttavia, la maggior parte dei catalizzatori a base di ferro riportati finora producono solo monossido di carbonio come prodotto principale, invece di HCOOH.

Questo problema, tuttavia, è stato presto risolto da un team di ricercatori del Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) guidato dal Prof. Kazuhiko Maeda. In un recente studio pubblicato su Angewandte Chemie , il team ha presentato un'allumina (Al₂ O₃ catalizzatore a base di ferro supportato da ) che utilizza alfa-ferro(III) ossiidrossido (α-FeOOH; geotite). Il nuovo α-FeOOH/Al₂ O₃ il catalizzatore ha mostrato una CO₂ superiore proprietà di conversione in HCOOH insieme a un'eccellente riciclabilità. Alla domanda sulla scelta del catalizzatore, il Prof. Maeda afferma:"Volevamo esplorare elementi più abbondanti come catalizzatori in una CO₂ sistema di fotoriduzione. Abbiamo bisogno di un catalizzatore solido che sia attivo, riciclabile, non tossico e poco costoso, motivo per cui abbiamo scelto un minerale del suolo diffuso come la goethite per i nostri esperimenti."

Il team ha adottato un semplice metodo di impregnazione per sintetizzare il loro catalizzatore. Hanno quindi utilizzato l'Al₂ caricato di ferro O₃ materiale per la riduzione fotocatalitica di CO₂ a temperatura ambiente in presenza di un fotosensibilizzante a base di rutenio (Ru), un donatore di elettroni e luce visibile di lunghezza d'onda superiore a 400 nanometri.

I risultati sono stati piuttosto incoraggianti; il loro sistema ha mostrato una selettività dell'80-90% verso il prodotto principale, HCOOH, e una resa quantica del 4,3% (che indica l'efficienza del sistema).

Questo studio presenta un catalizzatore solido a base di ferro unico nel suo genere che può generare HCOOH se accompagnato da un fotosensibilizzante efficace. Esplora anche l'importanza di un adeguato materiale di supporto (Al₂ O₃ ) e il suo effetto sulla reazione di riduzione fotochimica.

Le intuizioni di questa ricerca potrebbero aiutare nello sviluppo di nuovi catalizzatori, privi di metalli preziosi, per la fotoriduzione di CO₂ in altre sostanze chimiche utili. "Il nostro studio mostra che la strada verso un'economia energetica più verde non deve essere complicata. È possibile ottenere grandi risultati anche adottando semplici metodi di preparazione del catalizzatore e composti ben noti e ricchi di terra possono essere utilizzati come catalizzatori selettivi per CO₂ riduzione, se sono supportati da composti come l'allumina", conclude il Prof. Maeda. + Esplora ulteriormente

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