Percée dans la décomposition du dioxyde de carbone avec un rendement élevé

Figure 1 : Méthode de synthèse pour un nouveau photocatalyseur à trois composants. Un nanotube de carbone encapsulant des molécules d’iode immergé dans une solution aqueuse de nitrate d’argent (AgNO3) pour produire le photocatalyseur composite. Crédit : Shinji Kawasaki et Yusuke Ishii du Nagoya Institute of Technology

Les scientifiques trouvent un moyen d’utiliser efficacement la lumière visible du soleil pour décomposer le dioxyde de carbone, ouvrant ainsi la voie à de nouvelles façons d’atténuer le réchauffement climatique.

dioxyde de carbone (CO₂) Les émissions dues aux activités humaines ont considérablement augmenté au cours du dernier siècle et demi et sont considérées comme la principale cause du réchauffement climatique et des conditions météorologiques anormales. Par conséquent, la recherche s’est concentrée, dans un certain nombre de domaines, sur la réduction de nos émissions de dioxyde de carbone.₂ émissions et niveaux atmosphériques. Une stratégie prometteuse consiste à décomposer chimiquement ou à « réduire » le dioxyde de carbone₂ Utilisation de photocatalyseurs – des composés qui absorbent l’énergie lumineuse et la fournissent pour les réactions, en les accélérant. Avec cette stratégie, le CO2 est réduit en utilisant l’énergie solaire₂, où aucune autre source d’énergie artificielle n’est utilisée devient possible, ouvrant les portes d’une voie durable vers un avenir durable.

Une équipe de scientifiques dirigée par le Dr. Shinji Kawasaki et Yusuke Ishii de l’Institut de technologie de Nagoya, au Japon, ont été à l’avant-garde des efforts visant à réduire les émissions de CO2 à l’aide de l’énergie solaire.₂ remise. Leur dernière découverte a été publiée dans la revue Nature Rapports scientifiques.

Figure 2 : Mécanisme du nouveau photocatalyseur à trois composants. L’électron photoexcité se déplace de l’iodure d’argent (AgI) le long des nanotubes de carbone à l’iodure d’argent (AgIO3) où le dioxyde de carbone (CO2) est réduit en monoxyde de carbone (CO). Crédit : Shinji Kawasaki et Yusuke Ishii du Nagoya Institute of Technology

Leurs recherches ont commencé avec la nécessité de résoudre le problème de l’applicabilité limitée de l’iodate d’argent (AgIO₃), un photocatalyseur qui a suscité un grand intérêt pour être bénéfique au CO₂ réaction de réduction. Le problème est que AgIO₃ Il a besoin d’une énergie beaucoup plus élevée que la lumière visible ne peut fournir pour fonctionner comme un photocatalyseur efficace ; La lumière visible est la majorité du rayonnement solaire.

Les scientifiques ont essayé de surmonter ce problème d’efficacité en combinant AgIO₃ Utilisation d’iodure d’argent (AgI), qui peut absorber et utiliser efficacement la lumière visible. Cependant, AgIO₃Les composés AgI ont des processus de synthèse complexes, rendant leur fabrication à grande échelle peu pratique. De plus, ils n’ont pas de structures qui fournissent des voies efficaces pour le transfert d’électrons photoexcités (électrons activés par absorption de lumière) d’AgI à AgIO.₃, qui est la clé de l’activité catalytique du composé.

Figure 3 : Une électrode polymère flexible pour le photocatalyseur. La nouvelle dispersion de photocatalyseur à trois composants peut facilement être pulvérisée sur des films polymères pour produire des électrodes flexibles qui peuvent être combinées dans de nombreux contextes. Crédit : Shinji Kawasaki et Yusuke Ishii du Nagoya Institute of Technology

« Nous avons maintenant développé un nouveau photocatalyseur comprenant des nanotubes de carbone à paroi simple (SWCNT) avec AgIO.₃ et AgI pour former un catalyseur complexe à trois composants, explique le Dr Kawasaki, « Le rôle des SWCNT est multimodal. Il résout les problèmes de synthèse et de voie de transfert d’électrons. « 

Le processus de synthèse à trois composants est simple et ne comporte que deux étapes : 1. Encapsulation de molécules d’iode à l’intérieur d’un SWCNT en utilisant la méthode d’oxydation électrochimique. 2. Préparation du composé par immersion du produit de l’étape précédente dans une solution aqueuse de nitrate d’argent (AgNO.).₃).

Des observations spectroscopiques utilisant le composé ont montré qu’au cours du processus de synthèse, les molécules d’iode encapsulées recevaient une charge de SWCNT et se transformaient en ions spécifiques. Ensuite, ceux-ci ont réagi avec AgNO₃ Pour former AgI et AgIO₃ Des microcristaux qui, en raison des positions initiales des molécules d’iode encapsulées, se sont déposés uniformément sur tous les SWCNT. Une analyse expérimentale utilisant la lumière solaire simulée a révélé que les SWCNT agissaient également comme un chemin conducteur à travers lequel les électrons photoexcités voyageaient d’AgI à AgIO.₃, permettant une réduction efficace du dioxyde de carbone₂ au monoxyde de carbone (CO).

L’incorporation de SWCNT a également permis à la dispersion composite d’être facilement pulvérisée sur un polymère à film mince pour produire des photoélectrodes flexibles qui sont polyvalentes et peuvent être utilisées dans diverses applications.

Le Dr Ishi espère le potentiel de leur photocatalyseur. ‘Il peut faire la réduction de l’énergie solaire du dioxyde de carbone industriel₂ Émissions et dioxyde de carbone dans l’atmosphère₂ Il s’agit d’une solution d’énergie renouvelable, durable et facile à mettre à l’échelle qui s’attaque au réchauffement climatique et au changement climatique, rendant la vie des gens plus sûre et plus saine.

L’équipe dit que la prochaine étape consiste à explorer la possibilité d’utiliser un photocatalyseur pour générer de l’hydrogène solaire. Peut-être que l’avenir de l’humanité est radieux après tout !

Référence : « Synthèse en une étape de la lumière visible CO₂ Photocatalyseur de réduction des nanotubes de carbone encapsulés dans l’iode » par Mayar Zubaidi, Kenta Kobayashi, Yusuke Ishii et Shinji Kawasaki, 12 mai 2021 Disponible ici Rapports scientifiques.
DOI : 10.1038 / s41598-021-89706-2