Во главе с Марсело Гусманом, доцентом химии в Колледже искусств и наук Великобритании, и Жуйсин Чжоу, докторантом, работающим с Гусманом, исследователи использовали синтетический наноматериал, который сочетает в себе высокую восстанавливающую способность закиси меди (Cu2O) и покрытие из окисляющего диоксида титана (TiO2), которое предотвращает потерю иона меди (I) в катализаторе. Катализатор, изготовленный из Cu2O / TiO2, обладает уникальной способностью переносить электроны для уменьшения содержания двуокиси углерода (CO2) в атмосфере, вызывающей парниковый эффект, при одновременном разрушении молекулы воды (H2O).
Уникальная особенность этого катализатора переноса электронов имитирует так называемый механизм "Z-схемы" фотосинтеза.В публикации «Прикладной катализ B: Окружающая среда» исследователи продемонстрировали, что если катализатор подвергается воздействию солнечного света, электроны переходят в СО2 в процессе, который напоминает то, как фотосистемы 1 и 2 работают в природе.
«Разработка материалов, которые можно комбинировать для уменьшения выбросов CO2 с помощью прямого механизма Z-схемы с солнечным светом, является важной проблемой», — сказал Чжоу. «Однако еще труднее продемонстрировать, что процесс действительно работает. С этой научной точки зрения исследования вносят свой вклад в усовершенствованную технологию связывания углерода».Это задача, которую многие ученые преследовали в течение долгого времени, но задача состоит в том, чтобы доказать, что оба компонента катализатора взаимодействуют, чтобы обеспечить электронные свойства механизма Z-схемы. Хотя могут использоваться самые разные материалы, ключевой аспект этого исследования заключается в том, что катализатор не состоит из дефицитных и очень дорогих элементов, таких как рений и иридий, для запуска реакций с солнечной энергией, достигающей поверхности Земли.
В катализаторе использовался коррозионно-стойкий TiO2 для нанесения белого защитного покрытия на октаэдрические частицы красного Cu2O.Команда разработала серию экспериментов, чтобы проверить гипотезу о том, что катализатор работает по Z-схеме вместо использования механизма двойной передачи заряда. Измеренное образование монооксида углерода (CO) в результате восстановления CO2, идентификация гидроксильного радикала (HO *), промежуточного продукта окисления H2O на пути к образованию кислорода (O2), а также охарактеризованные электронные и оптические свойства катализатора и отдельных компонентов подтвердили предложенное Z-схема была исправна.Следующая цель исследования — улучшить этот подход путем изучения ряда различных катализаторов и определения наиболее эффективного из них для преобразования CO2 в химическое топливо, такое как метан.
Таким образом, будут созданы новые технологии для поставки чистых и доступных альтернативных источников энергии и решения проблемы постоянного потребления ископаемого топлива и повышения уровня парниковых газов.