Biopaliwa z dwutlenku węgla i światła

Ogólną cechą fotokatalizatorów jest zdolność do wytwarzania wodoru poprzez rozszczepianie cząsteczek wody (H2O), co jest podstawowym etapem w fotoredukcji CO2. Drugim i najważniejszym etapem jest redukcja CO2 do węglowodorów.

Jednym z najpoważniejszych wyzwań, jeśli chodzi o fotokatalizę, jest możliwie największe usprawnienie fotoredukcji CO2. Finansowany ze środków UE projekt CO2PHOTORED (Carbon dioxide photoreduction: A great challenge for photocatalysis) powstał w celu zwiększenia fotoredukcji CO2 przy pomocy nowych i eksperymentalnych technik, z których mogą już korzystać naukowcy.

W procesie tym zastosowano procesy przeniesienia elektronów na heterogenicznych katalizatorach, aby uzyskać fotokatalizę i użyteczne związki organiczne. W inicjatywie badano nowe katalizatory mogące zwiększyć wydajność produkcji wodoru z CO2 i H2O. Wykorzystano między innymi techniki takie jak osadzanie i enkapsulacja półprzewodnika na nanoporowatym podłożu w celu fotoredukcji CO2.

Zbadano i opracowano nowe strategie domieszkowania, aby poprawić fotoaktywność i zdolność do absorpcji widzialnego zakresu światła słonecznego. Opracowano również nowe strategie ograniczania emisji CO2, badając fotoreduktory i hybrydowe systemy fotosensybilizatorów i półprzewodników, a także stosując opracowane materiały w fotoreaktorze.

Przetestowano dużą liczbę fotokatalizatorów pod kątem zdolności do przekształcania CO2 w użyteczne związki. Ustalono, że najlepszą strategią otrzymywania najbardziej przydatnych materiałów było stosowanie bimetalicznych nanocząsteczek. Uczeni wykorzystali jako kokatalizatory złoto (Au) i miedź (Cu), w połączeniu z fotokatalizatorem w postaci dwutlenku tytanu (TiO2).

Wyniki badań dowiodły, że fotokatalizator TiO2 naładowany Au i Cu jest wysoce wydajnym materiałem do redukcji świetlnej CO2 do metanu, w którym to procesie H2O pełni rolę środka redukującego.

Nowatorstwo rozwiązań opracowanych w projekcie CO2PHOTORED wynika z połączenia właściwości dwóch lub więcej metali będących kokatalizatorami półprzewodnika TiO2. Powodzenie tych prac może otworzyć przed badaczami nowe możliwości w zakresie tworzenia wysoce selektywnych materiałów do fotokatalitycznej produkcji metanu jako biopaliwa.