Ilustración del sistema de fotosíntesis artificial que utiliza un fotocatalizador a base de grafeno para producir ácido fórmico a partir de dióxido de carbono bajo luz visible. Crédito de la imagen:Yadav, et al. © 2012 Sociedad Química Estadounidense
(Phys.org) - Al convertir la luz solar en energía química, Los sistemas de fotosíntesis artificial podrían producir potencialmente renovables, combustibles y productos químicos no contaminantes para una amplia variedad de usos. Pero desarrollar un proceso eficiente de conversión de energía solar a combustible ha resultado ser un gran desafío. Aunque los investigadores han demostrado la viabilidad de la fotosíntesis artificial, lograr una alta eficiencia ha demostrado ser más difícil.
En un nuevo estudio, un equipo de científicos del Instituto de Investigación de Tecnología Química de Corea en Daejon, Corea del Sur, y la Universidad de Mujeres Ewha en Seúl, Corea del Sur, han demostrado que el grafeno puede servir como un fotocatalizador eficaz para mejorar la eficiencia de un sistema de fotosíntesis artificial. Como fotocatista, el grafeno utiliza la luz solar para estimular la reacción sin involucrarse.
Como explican los investigadores, un buen fotocatalizador para un sistema de este tipo debería funcionar en el espectro de luz visible, ya que el 46% de la energía solar total en la Tierra está en el rango visible y solo el 4% en el rango UV. Estudios anteriores han experimentado con compuestos semiconductores de grafeno como fotocatalizadores, pero los resultados mostraron que estos materiales tenían bajos niveles de transferencia de electrones, lo que condujo a bajas eficiencias.
En el nuevo estudio, los científicos utilizaron el grafeno por sí solo como fotocatalizador, que luego se acoplaron a una enzima de porfirina. Los investigadores demostraron que este material podría convertir la luz solar y el dióxido de carbono en ácido fórmico. una sustancia química que se utiliza en la industria del plástico y como combustible en pilas de combustible. Las pruebas mostraron que el fotocatalizador a base de grafeno es altamente funcional en el régimen de luz visible, y que su eficiencia general es significativamente mayor que la de otros fotocatalizadores.
Estructura 3D del fotocatalizador a base de grafeno utilizado para la fotosíntesis artificial. Crédito de la imagen:Yadav, et al. © 2012 Sociedad Química Estadounidense
“El sistema acoplado fotocatalizador-enzima es uno de los sistemas de fotosíntesis artificial más ideales que utiliza energía solar para la síntesis de diversos productos químicos y combustibles, ", Dijo el coautor Jin-Ook Baeg del Instituto de Investigación de Tecnología Química de Corea Phys.org . "Para el uso práctico del proceso de fotosíntesis artificial del fotobiorreactor, Una de las tareas más desafiantes es la búsqueda de un material activo de luz visible altamente eficiente que actúe como fotocatalizador en el sistema de regeneración NADH y desencadene la producción enzimática de químicos solares / combustible solar a partir de CO. 2 . Como paso hacia este objetivo, Presentamos la síntesis de un nuevo material activo de luz visible a base de grafeno como fotocatalizador del sistema fotobiorreactor para una producción fotosintética artificial eficiente de ácido fórmico a partir de CO. 2 . "
Para comprender los orígenes de la actividad fotocatalítica mejorada, los investigadores examinaron el fotocatalizador mediante espectroscopia, análisis térmico, y técnicas de microscopía. Descubrieron que el material tiene buenas capacidades de transferencia de electrones, y la gran superficie del grafeno ayuda a acelerar las reacciones químicas en el proceso de conversión.
La capacidad de producir combustible solar directamente a partir de CO 2 tiene aplicaciones no solo para pilas de combustible y plásticos, pero también en la industria farmacéutica.
“Como uno de los principales méritos prácticos del sistema, también se puede utilizar para la producción de productos químicos finos hechos a medida utilizando energía de luz solar, —Dijo Baeg. "Por ejemplo, Los derivados quirales de 2-amino-1-ariletanol son un intermedio muy importante de muchos tipos de fármacos quirales muy costosos. Puede ser sintetizado fácilmente por nuestro sistema de fotosíntesis artificial acoplado fotocatalizador-enzima simplemente usando energía de luz solar. Actualmente estamos investigando para desarrollar el sistema de fotosíntesis artificial acoplado fotocatalizador-enzima para productos químicos solares quirales hechos a medida. Los resultados se publicarán próximamente. Por lo tanto, Este artículo no solo muestra un ejemplo de referencia del material a base de grafeno utilizado como fotocatalizador en la fotosíntesis artificial general, sino también el ejemplo de referencia del sistema de producción selectiva de productos químicos solares / combustible solar directamente a partir de CO 2 . "
Copyright 2012 Phys.org
Reservados todos los derechos. Este material puede no ser publicado, transmisión, reescrito o redistribuido total o parcialmente sin el permiso expreso por escrito de PhysOrg.com.
