Figuur 1: Synthesemethode voor een nieuwe driecomponenten fotokatalysator. Een koolstofnanobuis die jodiummoleculen inkapselt die zijn ondergedompeld in een waterige oplossing van zilvernitraat (AgNO3) om de samengestelde fotokatalysator te produceren. Krediet: Shinji Kawasaki en Yusuke Ishii van het Nagoya Institute of Technology
Wetenschappers vinden een manier om zichtbaar licht van de zon efficiënt te gebruiken om koolstofdioxide af te breken, wat deuren opent voor nieuwe manieren om de opwarming van de aarde tegen te gaan.
kooldioxide (CO2) Emissies door menselijke activiteiten zijn de afgelopen anderhalve eeuw dramatisch gestegen en worden gezien als de belangrijkste oorzaak van de opwarming van de aarde en abnormale weerspatronen. Daarom is er op een aantal gebieden een aanzienlijke onderzoeksfocus geweest op het verlagen van onze koolstofdioxide2 emissies en atmosferische niveaus. Een veelbelovende strategie is om koolstofdioxide chemisch af te breken of te “verminderen”.2 Gebruik van fotokatalysatoren – verbindingen die lichtenergie absorberen en deze voor reacties leveren, waardoor ze worden versneld. Met deze strategie wordt CO2 verminderd door gebruik te maken van zonne-energie2, waar geen andere kunstmatige energiebron wordt gebruikt, mogelijk wordt, waardoor de deuren worden geopend naar een duurzaam pad naar een duurzame toekomst.
Een team van wetenschappers onder leiding van Dr. Shinji Kawasaki en Yusuke Ishii van het Nagoya Institute of Technology, Japan hebben een voortrekkersrol gespeeld bij het bereiken van CO2-efficiëntie met behulp van zonne-energie.2 korting. Hun laatste ontdekking werd gepubliceerd in het tijdschrift Nature Wetenschappelijke rapporten.
Figuur 2: Mechanisme van de nieuwe driecomponenten fotokatalysator. Het foto-aangeslagen elektron reist van zilverjodide (AgI) langs de koolstofnanobuisjes naar zilverjodide (AgIO3) waar koolstofdioxide (CO2) wordt gereduceerd tot koolmonoxide (CO). Krediet: Shinji Kawasaki en Yusuke Ishii van het Nagoya Institute of Technology
Hun onderzoek begon met de noodzaak om het probleem van de beperkte toepasbaarheid van zilverjodaat (AgIO3), een fotokatalysator die veel belangstelling heeft gewekt omdat hij gunstig is voor CO2 reductie reactie. Het probleem is dat AgIO3 Het heeft veel meer energie nodig dan zichtbaar licht kan leveren om als effectieve fotokatalysator te functioneren; Zichtbaar licht is het grootste deel van de zonnestraling.
Wetenschappers hebben geprobeerd dit efficiëntieprobleem op te lossen door AgIO . te combineren3 Gebruik van zilverjodide (AgI), dat zichtbaar licht efficiënt kan absorberen en gebruiken. Echter, AgIO3AgI-verbindingen hebben complexe syntheseprocessen, waardoor hun grootschalige productie onpraktisch is. Bovendien hebben ze geen structuren die efficiënte routes bieden voor de overdracht van foto-geëxciteerde elektronen (door lichtabsorptie geactiveerde elektronen) van AgI naar AgIO.3, wat de sleutel is tot de katalytische activiteit van de verbinding.
Figuur 3: Een flexibele polymeerelektrode voor de fotokatalysator. De nieuwe driecomponenten fotokatalysatordispersie kan eenvoudig op polymeerfilms worden gespoten om flexibele elektroden te produceren die in veel omgevingen kunnen worden gecombineerd. Krediet: Shinji Kawasaki en Yusuke Ishii van het Nagoya Institute of Technology
“We hebben nu een nieuwe fotokatalysator ontwikkeld die bestaat uit enkelwandige koolstofnanobuizen (SWCNT’s) met AgIO.3 en AgI om een driecomponentencomplexkatalysator te vormen, zegt Dr. Kawasaki, “De rol van SWCNT’s is multimodaal. Het lost de problemen van synthese en de elektronenoverdrachtroute op.”
Het driecomponentensyntheseproces is eenvoudig en omvat slechts twee stappen: 1. Inkapseling van jodiummoleculen in een SWCNT met behulp van de elektrochemische oxidatiemethode. 2. Bereiding van de verbinding door het product van de vorige stap onder te dompelen in een waterige oplossing van zilvernitraat (AgNO.).3).
Spectroscopische waarnemingen met de verbinding toonden aan dat tijdens het syntheseproces de ingekapselde jodiummoleculen een lading kregen van SWCNT en werden omgezet in specifieke ionen. Vervolgens reageerden deze met AgNO3 AgI en AgIO . vormen3 Microkristallen, die, vanwege de initiële posities van de ingekapselde jodiummoleculen, uniform werden afgezet op alle SWCNT’s. Experimentele analyse met behulp van gesimuleerd zonnelicht onthulde dat de SWCNT’s ook fungeerden als een geleidend pad waardoor foto-geëxciteerde elektronen van AgI naar AgIO reisden.3, waardoor een effectieve vermindering van koolstofdioxide mogelijk wordt2 tot koolmonoxide (CO).
Door de opname van SWCNT’s kon de composietdispersie ook gemakkelijk op een dunne filmpolymeer worden gespoten om flexibele foto-elektroden te produceren die veelzijdig zijn en in verschillende toepassingen kunnen worden gebruikt.
Dr. Ishi hoopt op het potentieel van hun fotokatalysator. ‘Het kan zonne-energie verminderen van industriële koolstofdioxide’2 Emissies en kooldioxide in de atmosfeer2 Het is een eenvoudig op te schalen, duurzame, hernieuwbare energieoplossing die de opwarming van de aarde en klimaatverandering aanpakt, waardoor het leven van mensen veiliger en gezonder wordt.
Het team zegt dat de volgende stap is om de mogelijkheid te onderzoeken om een fotokatalysator te gebruiken om waterstof op zonne-energie te genereren. Misschien is de toekomst van de mensheid toch rooskleurig!
Referentie: “Eenstapssynthese van zichtbaar licht CO2 Reductie fotokatalysator van met jodium ingekapselde koolstofnanobuisjes “door Mayar Zubaidi, Kenta Kobayashi, Yusuke Ishii en Shinji Kawasaki, 12 mei 2021 Hier beschikbaar Wetenschappelijke rapporten.
DOI: 10.1038 / s41598-021-89706-2
‘Webgeek. Wannabe-denker. Lezer. Freelance reisevangelist. Liefhebber van popcultuur. Gecertificeerde muziekwetenschapper.’
