El electrón fotoexcitado del yoduro de plata (AgI) viaja a lo largo del nanotubo de carbono hasta el yodato de plata (AgIO 3 ) donde el dióxido de carbono (CO 2 ) se reduce a monóxido de carbono (CO). Crédito:Shinji Kawasaki y Yosuke Ishii del Instituto de Tecnología de Nagoya
Dióxido de carbono (CO 2 ) las emisiones de las actividades humanas han aumentado drásticamente durante el último siglo y medio y se consideran la causa principal del calentamiento global y los patrones climáticos anormales. Entonces, ha habido un considerable enfoque de investigación, en varios campos, al bajar nuestro CO 2 emisiones y sus niveles atmosféricos. Una estrategia prometedora es descomponer químicamente, o 'reducir, 'CO 2 utilizando fotocatalizadores:compuestos que absorben energía luminosa y la proporcionan a las reacciones, acelerándolos. Con esta estrategia, la reducción de CO mediante energía solar 2 , donde no se utilice ninguna otra fuente de energía artificial, se vuelve posible, abriendo puertas a un camino sostenible hacia un futuro sostenible.
Un equipo de científicos dirigido por los Dres. Shinji Kawasaki y Yosuke Ishii del Instituto de Tecnología de Nagoya, Japón, ha estado a la vanguardia de los esfuerzos para lograr CO2 eficiente asistido por energía solar 2 reducción. Su reciente avance se publica en Nature's Informes científicos .
Su investigación comenzó con la necesidad de resolver el problema de aplicabilidad limitada del yodato de plata (AgIO 3 ), un fotocatalizador que ha atraído considerable atención por ser útil para el CO 2 reacción de reducción. El problema es que AgIO 3 necesita mucha más energía que la que puede proporcionar la luz visible para funcionar como un fotocatalizador eficaz; y la luz visible es la mayor parte de la radiación solar.
Los científicos han intentado solucionar este problema de eficiencia combinando AgIO 3 con yoduro de plata (AgI), que puede absorber y utilizar eficientemente la luz visible. Sin embargo, Agio 3 -Los compuestos AgI tienen procesos de síntesis complicados, haciendo impracticable su fabricación a gran escala. Más lejos, no tienen estructuras que ofrezcan vías eficientes para la transferencia de electrones fotoexcitados (electrones energizados por absorción de luz) de AgI a AgIO 3 , que es clave para la actividad catalítica del compuesto.
Un nanotubo de carbono que encapsula moléculas de yodo se sumerge en nitrato de plata (AgNO 3 ) solución acuosa para producir el fotocatalizador compuesto. Crédito:Shinji Kawasaki y Yosuke Ishii del Instituto de Tecnología de Nagoya
"Ahora hemos desarrollado un nuevo fotocatalizador que incorpora nanotubos de carbono de pared simple (SWCNT) con AgIO 3 y AgI para formar un catalizador compuesto de tres componentes, "dice el Dr. Kawasaki, "El papel de los SWCNT es multimodal. Resuelve tanto la síntesis como los problemas de la vía de transferencia de electrones".
El proceso de síntesis del compuesto de tres componentes es simple e implica solo dos pasos:1. Encapsulación de moléculas de yodo dentro del SWCNT usando un método de oxidación electroquímica; y 2. Preparar el composite sumergiendo el resultante del paso anterior en una solución acuosa de nitrato de plata (AgNO 3 ).
Las observaciones espectroscópicas utilizando el compuesto mostraron que durante el proceso de síntesis, las moléculas de yodo encapsuladas recibieron carga del SWCNT y se convirtieron en iones específicos. Estos luego reaccionaron con AgNO 3 para formar AgI y AgIO 3 microcristales, cuales, debido a las posiciones iniciales de las moléculas de yodo encapsuladas, se depositaron uniformemente en todos los SWCNT. El análisis experimental con luz solar simulada reveló que los SWCNT también actuaban como la vía conductora a través de la cual los electrones fotoexcitados se movían de AgI a AgIO. 3 , permitiendo la reducción eficiente de CO 2 al monóxido de carbono (CO).
La dispersión del nuevo fotocatalizador de tres componentes se puede recubrir por pulverización fácilmente sobre películas de polímero para producir electrodos flexibles que se pueden integrar en numerosos entornos. Crédito:Shinji Kawasaki y Yosuke Ishii del Instituto de Tecnología de Nagoya
La incorporación de SWCNT también permitió que la dispersión compuesta se recubriera fácilmente por pulverización sobre un polímero de película delgada para producir electrodos fotocatalíticos flexibles que son versátiles y se pueden usar en varias aplicaciones.
El Dr. Ishii tiene esperanzas sobre el potencial de su fotocatalizador. "Puede hacer que la reducción solar de CO industrial 2 emisiones y CO atmosférico 2 una solución basada en energías renovables sostenible y fácil de escalar que aborde el calentamiento global y el cambio climático, hacer la vida de las personas más segura y saludable, " él dice.
El siguiente paso, el equipo dice, es explorar la posibilidad de utilizar su fotocatalizador para la generación de hidrógeno solar.
