Un catalizador de boro de "autocalentamiento" que hace un uso particularmente eficiente de la luz solar para reducir el dióxido de carbono (CO2) sirve como recolector de luz, convertidor fototérmico, generador de hidrógeno, y catalizador en uno. En el diario Angewandte Chemie , Los investigadores introducen una reacción fototermocatalítica que no requiere aditivos más allá del agua. Esto podría formar la base de un nuevo Proceso más eficiente para convertir el gas de efecto invernadero CO2 en una fuente de carbono útil para la producción de combustibles y productos químicos.
Se considera que la ruta ideal para hacer que el CO2 sea útil es la reducción con la ayuda de un fotocatalizador para utilizar la luz solar como única fuente de energía, un proceso que corresponde al primer paso de la fotosíntesis. A pesar de décadas de investigación, Los procesos de conversión de CO2 siguen siendo demasiado ineficaces. "Esto se debe en gran parte a la utilización insuficiente de la luz solar, la barrera de alta energía para la activación del CO2, y la lenta cinética de los múltiples procesos de transferencia de electrones y protones, "explica Jinhua Ye.
Trabajando con un equipo para el Instituto Nacional de Ciencia de Materiales (NIMS) en Tsukuba, Ibaraki, y la Universidad de Hokkaido en Sapporo (Japón), así como la Universidad de Tianjin y la Universidad de Aeronáutica y Astronáutica de Nanjing (China), Ye ahora está siguiendo una estrategia que utiliza tanto la luz como la energía térmica que proporciona la luz solar. Cuando el sol brilla sobre una superficie, se calienta. Los investigadores quieren utilizar este efecto fototérmico ordinario para aumentar la eficiencia de los sistemas catalíticos. Su material de elección es boro elemental en polvo, que absorbe muy fuertemente la luz solar y la convierte fototérmicamente de manera eficiente, calentándose notablemente. Esto permitió al equipo llevar a cabo la reducción eficiente de CO2 para formar monóxido de carbono (CO) y metano (CH4) bajo irradiación en presencia de agua. sin reactivos o cocatalizadores adicionales.
La irradiación hace que las partículas de boro se calienten hasta aproximadamente 378 ° C. A esta temperatura reacciona con el agua, formando óxidos de hidrógeno y boro in situ. Los óxidos de boro actúan como "trampas" para las moléculas de CO2. El hidrógeno es muy reactivo y, en presencia del catalizador de boro activado por luz, reduce eficientemente el CO2 proporcionando los protones (H +) y electrones necesarios.
"La clave de nuestro éxito radica en las propiedades favorables del boro en polvo, que lo convierten en un catalizador todo en uno:cosechadora ligera, convertidor fototérmico, fuente de hidrógeno, y catalizador, ", dice Ye." Nuestro estudio confirma el potencial altamente prometedor de una estrategia fototermocatalítica para la conversión de CO2 y potencialmente abre nuevas perspectivas para el desarrollo de otros sistemas de reacción impulsados por energía solar ".
