Ricercatori dell'Università di Linköping, Svezia, stanno tentando di convertire l'anidride carbonica, un gas serra, per alimentare utilizzando l'energia dalla luce solare. Recenti risultati hanno dimostrato che è possibile utilizzare la loro tecnica per produrre selettivamente metano, monossido di carbonio o acido formico da anidride carbonica e acqua. Lo studio è stato pubblicato su ACS Nano .

Le piante convertono l'anidride carbonica e l'acqua in ossigeno e zuccheri ad alta energia, che usano come "combustibile" per crescere. Ottengono la loro energia dalla luce solare. Jianwu Sun e i suoi colleghi della Linköping University stanno tentando di imitare questa reazione, noto come fotosintesi, utilizzato dalle piante per catturare l'anidride carbonica dall'aria e convertirla in combustibili chimici, come il metano, etanolo e metanolo. Il metodo è attualmente in fase di ricerca, e l'obiettivo a lungo termine degli scienziati è convertire l'energia solare in combustibile efficiente.

"Convertendo l'anidride carbonica in carburante con l'aiuto dell'energia solare, questa tecnica potrebbe contribuire allo sviluppo di fonti di energia rinnovabile e ridurre l'impatto sul clima della combustione dei combustibili fossili, " dice Jianwu Sun, docente presso il Dipartimento di Fisica, Chimica e Biologia all'Università di Linköping.

Il grafene è uno dei materiali più sottili che esistano, costituito da un unico strato di atomi di carbonio. è elastico, flessibile, trasparente alla luce del sole, e un buon conduttore di elettricità. Questa combinazione di proprietà garantisce che il grafene abbia il potenziale per l'uso in applicazioni come l'elettronica e la biomedicina. Ma il grafene da solo non è adatto per l'applicazione di conversione dell'energia solare ricercata dai ricercatori LiU, e hanno quindi combinato il grafene con un semiconduttore, carburo di silicio cubico (3C-SiC). Gli scienziati dell'Università di Linköping hanno precedentemente sviluppato un metodo leader mondiale per far crescere il grafene su carburo di silicio cubico, che consiste di carbonio e silicio. Quando il carburo di silicio viene riscaldato, il silicio è vaporizzato, mentre gli atomi di carbonio rimangono e si ricostruiscono sotto forma di uno strato di grafene. I ricercatori hanno precedentemente dimostrato che è possibile posizionare fino a quattro strati di grafene uno sopra l'altro in modo controllato.

Hanno combinato il grafene e il carburo di silicio cubico per sviluppare un fotoelettrodo a base di grafene che preserva la capacità del carburo di silicio cubico di catturare l'energia della luce solare e creare portatori di carica. Il grafene funziona come uno strato trasparente conduttore proteggendo il carburo di silicio.

Le prestazioni della tecnica a base di grafene sono controllate da diversi fattori, un importante dei quali è la qualità dell'interfaccia tra il grafene e il semiconduttore. Gli scienziati hanno esaminato in dettaglio le proprietà di questa interfaccia. Mostrano nell'articolo che possono personalizzare gli strati di grafene sul carburo di silicio e controllare le proprietà del fotoelettrodo a base di grafene. La conversione dell'anidride carbonica viene così resa più efficiente, mentre le stabilità dei componenti sono allo stesso tempo migliorate.

Il fotoelettrodo sviluppato dai ricercatori può essere combinato con catodi di vari metalli, come il rame, zinco o bismuto. Diversi composti chimici, come il metano, monossido di carbonio e acido formico, può essere formato selettivamente da anidride carbonica e acqua selezionando catodi metallici adatti.

"Più importante, abbiamo dimostrato di poter utilizzare l'energia solare per controllare la conversione dell'anidride carbonica in metano, monossido di carbonio o acido formico, " dice Jianwu Sun.

Il metano è utilizzato come carburante nei veicoli adattati all'utilizzo di combustibili gassosi. Il monossido di carbonio e l'acido formico possono essere ulteriormente lavorati in modo che possano funzionare come combustibili, oppure possono essere utilizzati nell'industria."