Wissenschaftler des Tokyo Institute of Technology haben einen polymerbasierten Photokatalysator zur CO2-Reduktion entwickelt, der eine beispiellose Leistung aufweist. Es wird aus reichlich vorhandenen Elementen hergestellt und erfordert keine komplexen Nachbehandlungen oder Modifikationen nach der Synthese. Es könnte den Weg für eine neue Klasse von Photokatalysatoren ebnen, um CO2 effizient in nützliche Chemikalien umzuwandeln.
Die Idee ist, CO2 in nützliche Chemikalien wie Kohlenmonoxid (CO) und Ameisensäure (HCOOH) umzuwandeln. Insbesondere photokatalytische CO2-Reduktionssysteme verwenden sichtbares oder ultraviolettes Licht, um die CO2-Reduktion voranzutreiben, so wie Pflanzen Sonnenlicht zur Durchführung der Photosynthese nutzen. In den letzten Jahren haben Wissenschaftler viele ausgeklügelte Photokatalysatoren basierend auf metallorganischen Strukturen und Koordinationspolymeren (CPs) vorgestellt. Leider erfordern die meisten von ihnen komplexe postsynthetische Behandlungen und Modifikationen oder bestehen aus Edelmetallen.
In einer kürzlich in ACS Catalysis veröffentlichten Studie fand das japanische Forschungsteam einen Weg, diese Herausforderungen zu bewältigen. Unter der Leitung des speziell ernannten Assistenzprofessors Yoshinobu Kamakura und Professor Kazuhiko Maeda vom Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) entwickelte das Team einen neuartigen Photokatalysator für die CO2-Reduktion auf Basis eines CP mit Blei-Schwefel-Bindungen (Pb-S). Das als KGF-9 bekannte neue CP besteht aus einer unendlichen Struktur (-Pb-S-) mit Eigenschaften, die sich von allen anderen bekannten Photokatalysatoren unterscheiden.
Beispielsweise hat KGF-9 keine Poren oder Hohlräume, was bedeutet, dass es eine geringe Oberfläche hat. Trotzdem gelang ihm eine spektakuläre Foto-Reduktionsleistung. Unter Bestrahlung mit sichtbarem Licht bei 400 nm zeigte KGF-9 eine scheinbare Quantenausbeute (Produktausbeute pro absorbiertem Photon) von 2,6 % und eine Selektivität von über 99 % bei der Reduktion von CO2 zu Formiat, Salz, Ameisensäure mit der Formel HCOO-, das kann Grundlage einer Vielzahl organischer Verbindungen sein.
Prof. Maeda erklärte: „Diese Werte sind die höchsten, die bisher für die Reduktion von CO2 zu HCOO- durch einen edelmetallfreien Einkomponenten-Photokatalysator gemeldet wurden. Unsere Arbeit könnte das Potenzial nichtporöser CPs als Baueinheiten für photokatalytische CO2-Umwandlungssysteme beleuchten“.
Zusätzlich zu seiner bemerkenswerten Leistung ist KGF-9 einfacher zu synthetisieren und zu verwenden als andere Photokatalysatoren. Da die aktiven Stellen von Pb (wo die CO2-Reduktion stattfindet) bereits auf seiner Oberfläche „installiert“ sind, benötigt KGF-9 keinen Co-Katalysator wie Metallnanopartikel oder Metallkomplexe. Es erfordert auch keine anderen postsynthetischen Modifikationen, um bei Raumtemperatur und unter Beleuchtung mit sichtbarem Licht zu funktionieren. Wir sind praktisch in der Lage, den Photosyntheseprozess teilweise nachzubilden, indem wir CO2 absorbieren und dafür Rohstoffe gewinnen, die für die chemische Industrie nützlich sind.
Das Team von Tokyo Tech erforscht bereits neue Strategien, um die Oberfläche des KGF-9 zu vergrößern und seine Leistung weiter zu verbessern. Als erster Photokatalysator mit Pb(II) als aktivem Zentrum besteht eine gute Chance, dass der KGF-9 den Weg zu einer wirtschaftlich machbareren CO2-Reduktion ebnet. In diesem Zusammenhang schloss das Forschungsteam: "Wir glauben, dass unsere Studie eine beispiellose Gelegenheit für die Entwicklung einer neuen Klasse kostengünstiger Photokatalysatoren zur CO2-Reduktion bietet, die aus reichlich vorhandenen Elementen der Erde bestehen."
Diese Nachricht stellt einen Wendepunkt für die Katalysatorindustrie dar. Zunächst einmal ist Blei oder Blei ein Katalysator, was an sich schon eine Überraschung ist. Dann sind keine Edelmetalle im Spiel. Und das Ganze ist an ein Polymer gebunden! Dies könnte ein Wendepunkt für CO2-Absorptionstechnologien sein, die das Problem in Zukunft lösen könnten.
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Der Artikel Das CO2-Problem? Eine innovative Technologie, die es überwinden kann, kommt von ScenariEconomici.it .
Dies ist eine Übersetzung eines Artikels, der am Fri, 07 Oct 2022 06:00:06 +0000 im italienischen Blog Scenari Economici unter der URL https://scenarieconomici.it/il-problema-del-co2-una-tecnologia-innovativa-puo-superarlo/ veröffentlicht wurde.