El cambio climático está en pleno apogeo y continuará sin cesar mientras el CO ₂ continúan las emisiones. Una posible solución es devolver CO ₂ al ciclo energético:CO ₂ podría procesarse con agua en metanol, un combustible que se puede transportar y almacenar fácilmente. Sin embargo, la reacción, que recuerda a un proceso parcial de fotosíntesis, requiere energía y catalizadores. Desarrollo de fotocatalizadores activos a la luz a partir de abundantes materiales de fácil obtención permitirían el verde, combustibles solares climáticamente neutros.

Un candidato para estos fotocatalizadores son los denominados nanomateriales de diamante, que incluyen espumas de carbono nanoestructurado con una gran superficie, y diminutos nanocristales de unos pocos miles de átomos de carbono que son solubles en agua y parecen una lechada negra. Para que estos materiales se vuelvan catalíticamente activos, sin embargo, requieren excitación con luz ultravioleta. Solo este rango espectral de luz solar es lo suficientemente rico en energía como para transportar electrones desde el material a un estado libre. Solo entonces se pueden emitir electrones solvatados en el agua y reaccionar con el CO disuelto. ₂ para formar metanol.

Sin embargo, el componente UV en el espectro solar no es muy alto. Los fotocatalizadores que también podrían utilizar el espectro visible de la luz solar serían ideales. Aquí es donde entra en juego el trabajo del científico de HZB Tristan Petit y sus socios de cooperación en DIACAT:El modelado de los niveles de energía en tales materiales muestra que se pueden construir etapas intermedias en la banda prohibida dopando con átomos extraños. Boro, un elemento trivalente, parece ser particularmente importante.

Petit y su equipo investigaron muestras de diamantes policristalinos, espumas de diamante y nanodiamantes. Estas muestras habían sido previamente sintetizadas en los grupos de Anke Krüger en Würzburg y Christoph Nebel en Freiburg. En BESSY II. Los investigadores utilizaron la espectroscopia de absorción de rayos X para medir los estados de energía desocupados donde los electrones podrían ser posiblemente excitados por la luz visible. "Los átomos de boro presentes cerca de la superficie de estos nanodiamantes en realidad conducen a las etapas intermedias deseadas en la banda prohibida, "explica la estudiante de doctorado Sneha Choudhury, primer autor del estudio. Estas etapas intermedias suelen estar muy cerca de las bandas de valencia, y por lo tanto no permiten el uso efectivo de la luz visible. Sin embargo, las mediciones muestran que esto también depende de la estructura de los nanomateriales.

"Podemos introducir y posiblemente controlar estos pasos adicionales en la banda prohibida del diamante modificando específicamente la morfología y el dopaje, "dice Tristan Petit. El dopaje con fósforo o nitrógeno también podría ofrecer nuevas oportunidades.