Ein Team von Forschern des Tokyo Institute of Technology, der Universität Paris Diderot und des Französischen Nationalen Zentrums für wissenschaftliche Forschung (CNRS) habe einen Weg gefunden Kohlendioxid (CO2) zu Kohlenmonoxid (CO) unter Verwendung nur häufig vorkommender Elemente und Sonnenlicht.
Ihre Methode ahmt die Photosynthese nach - den natürlichen Prozess, bei dem Pflanzen ihre Nahrung nur mit Wasser, Sonnenlicht und Kohlendioxid erhalten - in einem Labor.
Ihre Technologie hilft dabei, die breite Suche nach einer wirksamen Methode zur Reduzierung der anhaltenden Kohlendioxidbildung voranzutreiben - der häufigstes Treibhausgas und Hauptquelle des Klimawandels - und gleichzeitig ein Material schaffen, das in industriellen Prozessen verwendet werden kann.
Die künstliche Synthesemethode
Die Forscher entwickelten einen Photokatalysator, der aus einem organischen Halbleitermaterial und einem Eisenkomplex besteht.
Nach dem Test mehrerer Photosensibilisatoren und Katalysatoren entschieden sich die Forscher für die Verwendung von Kohlenstoffnitrid als Halbleiter.
Der Kohlenstoffnitrid - Photosensibilisator wurde von a entwickelt Tokyo Tech-Forschungsteam Angeführt von Osamu Ishitani, einem Professor für Chemie, und Kazuhiko Maeda, einem außerordentlichen Professor für Chemie, während der Eisenkomplex von einem Team unter der Leitung von Marc Robert, Professor für Chemie an der Universität Paris Diderot und CNRS.
Mit Kohlenstoffnitrid - bestehend aus Kohlenstoff und Stickstoff - und einem Eisenkomplex als einzigen Materialien in der Reaktion werden für das Verfahren nur übliche organische Materialien benötigt.
Unter Verwendung von sichtbarem Licht als einziger Energiequelle tritt die Reaktion bei hoher Temperatur und hohem Druck auf.
Die Reaktion erfolgt wie folgt.
Wenn die Materialien sichtbarem Licht ausgesetzt werden, absorbiert das Kohlenstoffnitrid, das als Redox-Photosensibilisator wirkt, sichtbares Licht.
Elektronen aus dem Reduktionsmittel wandern dann in den Eisenkomplex - den Katalysator.
Der Eisenkomplex nutzt dann die Elektronen, um Kohlendioxid zu Kohlenmonoxid zu reduzieren.
Sobald es reduziert ist, kann das Kohlenmonoxid verwendet werden, um Kohlenwasserstoff zu synthetisieren, der als Brennstoff wieder verwendet werden kann Fischer-Tropsch verarbeiten.
Die Ergebnisse
Die Forscher konnten Kohlendioxid mit einer Selektivität von etwa 99 Prozent erfolgreich reduzieren, was bedeutet, dass das Verhältnis des gewünschten Produkts zu dem durch die Reaktion gebildeten Gesamtprodukt ungefähr gleich war.
Die Reaktion zeigte auch bei anderen Kennzahlen der Effizienz, wie der Umsatzzahl (155) und der externen Quanteneffizienz (4.2%), gute Ergebnisse.
Diese Metriken zeigen, dass die Reaktion genauso erfolgreich war wie die Verwendung von Edelmetallen oder seltenen Metallkomplexen.
Es ist auch 10-Mal erfolgreicher als andere Methoden, die unedle Metalle oder organische Materialien als Photokatalysatoren verwenden.
Die Reaktion hatte die höchste Dauerhaftigkeit und höchste Effizienz für die Kohlendioxidreduktion unter Verwendung von ausschließlich auf der Erde reichlich vorhandenen Elementen, sagte Ishitani.
Es ist jedoch noch ein langer Weg, bis die künstliche Photosynthese in großem Maßstab angewendet werden kann.
"Ich glaube, dass unser Ergebnis einen starken Einfluss auf die Forschung auf dem Gebiet der künstlichen Photosynthese (Solartreibstoffe) haben wird", sagte Ishitani. "Um jedoch praktisch nützliche Systeme zu entwickeln, müssen wir unserem System viele Funktionen hinzufügen, beispielsweise ein Oxidationssystem, das Wasser als Reduktionsmittel verwenden kann."
