Küresel Isınmayı Hafifletmek İçin Güneş Işığını Kullanmak: Yüksek Verimlilikle CO2’yi Ayrıştırmada Devrim

Bilim adamları, CO2’yi parçalamak için güneşten gelen görünür ışığı verimli bir şekilde kullanmanın bir yolunu buluyor ve küresel ısınmayı hafifletmenin yeni yollarına kapı açıyor.

İnsan faaliyetlerinden kaynaklanan karbon dioksit (CO ₂ ) emisyonları son bir buçuk yüzyılda büyük ölçüde arttı ve küresel ısınmanın ve anormal hava koşullarının başlıca nedeni olarak görülüyor. Bu nedenle, CO ₂ emisyonlarımızı ve bunun atmosferik seviyelerini düşürmeye yönelik birçok alanda kayda değer bir araştırma odağı olmuştur . En umut verici bir strateji kimyasal olarak parçalanabileceği ya da CO ‘azaltmak’ için ₂ ışık enerjisini emerler ve bunları hızlandırmak reaksiyonlar için temin eden bileşiklerin – fotokatalizörler kullanılmıştır. Bu strateji ile, CO güneş enerjili azaltma ₂ enerjinin başka hiçbir yapay kaynak kullanılırsa, sürdürülebilir bir gelecek için sürdürülebilir bir yola mümkün açılış kapıları olur.

Drs liderliğindeki bir bilim adamları ekibi. Japonya, Nagoya Teknoloji Enstitüsü’nden Shinji Kawasaki ve Yosuke Ishii, verimli güneş enerjisi destekli CO ₂ azaltımına yönelik çabalarda ön saflarda yer aldı . Son buluşları Nature’s Scientific Reports’ta yayınlandı .

Şekil 2: Yeni üç bileşenli fotokatalizörün mekanizması. Gümüş iyodürden (AgI) gelen foto-uyarılmış elektron, karbon nanotüp boyunca gümüş iyodata (AgIO3) doğru ilerler ve burada karbon dioksit (CO2) karbon monoksite (CO) indirgenir. Kredi: Nagoya Teknoloji Enstitüsü’nden Shinji Kawasaki ve Yosuke Ishii

Bu araştırma, gümüş iyodat sınırlı uygulanabilirlik sorunu çözmek için ihtiyacı (AGIO ile başlayan ₃ ), CO yararlı olduğu için önemli bir ilgi çeken bir fotokatalizör ₂ indirgeme reaksiyonu. Sorun, AgIO _3’ün verimli bir fotokatalizör olarak işlev görmesi için görünür ışığın sağlayabileceğinden çok daha yüksek enerjiye ihtiyaç duymasıdır ; ve görünür ışık, güneş radyasyonunun çoğunluğudur.

Bilim adamları, AgIO _3’ü görünür ışığı verimli bir şekilde emebilen ve kullanabilen gümüş iyodür (AgI) ile birleştirerek bu verimlilik sorununu çözmeye çalıştılar . Bununla birlikte, AgIO _3- AgI kompozitleri, büyük ölçekli üretimlerini pratik olmayan hale getiren karmaşık sentez süreçlerine sahiptir. Bundan başka, bunlar para farkı için AGI gelen uyarılmış elektronların (elektronlar, ışık absorpsiyonu yoluyla enerji) transferi için etkili yollar sunmaktadır yapılara sahip olmayan ₃ bileşkenin katalitik aktivite için bir anahtardır.

Şekil 3: Fotokatalizörün esnek bir polimer elektrotu. Yeni üç bileşenli fotokatalizörün dispersiyonu, çeşitli ayarlara entegre edilebilen esnek elektrotlar üretmek için polimer filmler üzerine kolayca spreyle kaplanabilir. Kredi: Nagoya Teknoloji Enstitüsü’nden Shinji Kawasaki ve Yosuke Ishii

Dr. Kawasaki, “Şimdi, üç bileşenli bir kompozit katalizör oluşturmak için AgIO ₃ ve AgI ile tek duvarlı karbon nanotüpleri (SWCNT’ler) birleştiren yeni bir fotokatalist geliştirdik ” diyor, ” SWCNT’lerin rolü çok modlu. Hem sentezi hem de elektron transfer yolu problemlerini çözer.”

Üç bileşenli kompozitin sentez süreci basittir ve sadece iki adımı içerir: 1. Bir elektrokimyasal oksidasyon yöntemi kullanılarak SWCNT içinde iyot moleküllerinin kapsüllenmesi; ve 2. Bir önceki adımın sonucunun sulu bir gümüş nitrat (AgNO ₃ ) solüsyonuna daldırılmasıyla kompozitin hazırlanması .

Kompozit kullanılarak yapılan spektroskopik gözlemler, sentez işlemi sırasında, kapsüllenmiş iyot moleküllerinin SWCNT’den yük aldığını ve spesifik iyonlara dönüştüğünü gösterdi. Bunlar daha sonra iyodinin ile reaksiyona sokulur ₃ AGI ve para farkı oluşturmak için ₃ kapsüllenmiş iyot moleküllerinin ilk konumlarına, SWCNTs düzgünce üzerine biriktirilmiştir, mikrokristaller,. Simüle güneş ışığı ile deneysel analizi de iletken yolun olarak hareket SWCNTs içinden elektronlar AGIO için AGI taşınmış uyarılmış ortaya ₃ CO etkin bir azalma sağlayarak, ₂ karbon monoksit (CO).

SWCNT’lerin dahil edilmesi, aynı zamanda, çok yönlü ve çeşitli uygulamalarda kullanılabilen esnek fotokatalitik elektrotlar elde etmek için kompozit dispersiyonun ince bir film polimer üzerine kolayca spreyle kaplanmasına izin verdi.

Dr. Ishii, fotokatalizörlerinin potansiyeli konusunda umutlu. “Endüstriyel CO ₂ emisyonlarının ve atmosferik CO _2’nin güneş enerjisiyle azaltılmasını, küresel ısınma ve iklim değişikliğiyle mücadele eden, insanların hayatlarını daha güvenli ve sağlıklı hale getiren, ölçeği kolay ve sürdürülebilir yenilenebilir enerji tabanlı bir çözüm haline getirebilir” diyor.

Ekip, bir sonraki adımın, fotokatalistlerini güneş enerjisi hidrojen üretimi için kullanma olasılığını araştırmak olduğunu söylüyor. Belki de, insanlığın geleceği her şeye rağmen parlaktır!

Referans: “görünür ışık CO tek aşamalı sentezi ₂ Ayar Al-Zubaidi, Kenta Kobayashi, Yosuke Ishii ve Shinji Kawasaki 12 Mayıs 2021, tarafından iyot molekülleri kapsül karbon nano redüksiyon fotokatalist” Bilimsel Reports .
DOI: 10.1038/s41598-021-89706-2