Команда ученых во главе с доктором. Синдзи Кавасаки и Йосуке Исии из Технологического института Нагоя, Япония, были в авангарде усилий по достижению эффективного сокращения выбросов CO2 с помощью солнечной энергии. Их недавний прорыв опубликован в Nature’s Scientific Reports.
Их исследования начались с необходимости решить проблему ограниченной применимости йодата серебра (AgIO3), фотокатализатора, который привлек значительное внимание благодаря своей полезности в реакции восстановления CO2.
Проблема в том, что AgIO3 требуется намного больше энергии, чем та, которую может обеспечить видимый свет, чтобы функционировать как эффективный фотокатализатор; а видимый свет составляет большую часть солнечного излучения.
Ученые попытались обойти эту проблему эффективности, объединив AgIO3 с йодидом серебра (AgI), который может эффективно поглощать и использовать видимый свет. Однако композиты AgIO3-AgI имеют сложные процессы синтеза, что делает их крупномасштабное производство нецелесообразным. Кроме того, у них нет структур, которые предлагают эффективные пути для передачи фотовозбужденных электронов (электронов, возбуждаемых поглощением света) от AgI к AgIO3, что является ключом к каталитической активности композита.
«Сейчас мы разработали новый фотокатализатор, который включает однослойные углеродные нанотрубки (ОСУНТ) с AgIO3 и AgI, чтобы сформировать трехкомпонентный композитный катализатор», – говорит д-р. Кавасаки, "Роль SWCNT – мультимодальная.
Он решает как проблемы синтеза, так и пути переноса электронов."
Процесс синтеза трехкомпонентного композита прост и включает всего два этапа:
1. Инкапсуляция молекул йода в SWCNT с использованием метода электрохимического окисления; а также
2. Подготовка композита путем погружения продукта, полученного на предыдущем этапе, в водный раствор нитрата серебра (AgNO3).
Спектроскопические наблюдения с использованием композита показали, что в процессе синтеза инкапсулированные молекулы йода получали заряд от ОСУНТ и превращались в специфические ионы. Затем они прореагировали с AgNO3 с образованием микрокристаллов AgI и AgIO3, которые, благодаря начальному положению инкапсулированных молекул йода, равномерно осаждались на всех ОСУНТ. Экспериментальный анализ с моделированием солнечного света показал, что ОСУНТ также действуют как проводящий путь, по которому фотовозбужденные электроны перемещаются от AgI к AgIO3, обеспечивая эффективное восстановление CO2 до моноксида углерода (CO).
Включение ОСУНТ также позволило легко нанести распылением композиционную дисперсию на тонкопленочный полимер для получения гибких фотокаталитических электродов, которые являются универсальными и могут использоваться в различных областях применения.
Доктор. Исии надеется на потенциал своего фотокатализатора. «Сокращение промышленных выбросов CO2 и атмосферного CO2 от солнечной энергии может стать легко масштабируемым и устойчивым решением, основанным на возобновляемых источниках энергии, для решения проблемы глобального потепления и изменения климата, делая жизнь людей более безопасной и здоровой», – говорит он.
Следующим шагом, по словам команды, будет изучение возможности использования их фотокатализатора для производства солнечного водорода. Возможно, будущее человечества все-таки светлое!