Istraživači su uspešno transformisali CO₂ u metanol sijanjem sunčeve svetlosti na pojedinačne atome bakra deponovane na materijalu koji se aktivira svetlošću, što je otkriće koje utire put za stvaranje novih zelenih goriva.
Međunarodni tim istraživača sa Hemijske škole Univerziteta u Notingemu, Univerziteta u Birmingemu, Univerziteta Kvinslend i Univerziteta u Ulmu dizajnirao je materijal sastavljen od bakra usidrenog na nanokristalnom ugljeničnom nitridu.
Atomi bakra su smešteni unutar nanokristalne strukture, koja omogućava elektronima da se kreću od ugljenik nitrida do CO₂, što je suštinski korak u proizvodnji metanola iz CO₂ pod uticajem sunčevog zračenja. Istraživanje je objavljeno u časopisu Održiva energija i goriva.
U fotokatalizi, svetlost se sija na poluprovodnički materijal koji pobuđuje elektrone, omogućavajući im da putuju kroz materijal da bi reagovali sa CO₂ i vodom, što dovodi do raznih korisnih proizvoda, uključujući metanol, koji je zeleno gorivo. Uprkos nedavnom napretku, ovaj proces pati od nedostatka efikasnosti i selektivnosti.
Ugljen-dioksid je najveći doprinos globalnom zagrevanju. Iako je moguće pretvoriti CO₂ u korisne proizvode, tradicionalne termalne metode se oslanjaju na vodonik koji se dobija iz fosilnih goriva. Važno je razviti alternativne metode zasnovane na foto- i elektrokatalizi, koristeći prednosti održive sunčeve energije i obilja sveprisutne vode.
Dr Madasami Thangamuthu, naučni saradnik na Hemijskom fakultetu Univerziteta u Notingemu, koji je ko-predvodio istraživački tim, rekao je: „Postoji veliki izbor različitih materijala koji se koriste u fotokatalizi. Važno je da fotokatalizator apsorbuje svetlost i odvaja nosioce naelektrisanja sa visokom efikasnošću. U našem pristupu, mi kontrolišemo materijal na nanorazmeri. Razvili smo novi oblik ugljen nitrida sa kristalnim domenima na nanosmerama koji omogućavaju efikasnu interakciju sa svetlošću kao i dovoljno razdvajanje naelektrisanja.“
Istraživači su osmislili proces zagrevanja ugljen-nitrida do potrebnog stepena kristalnosti, maksimizirajući funkcionalna svojstva ovog materijala za fotokatalizu. Koristeći magnetronsko raspršivanje, deponovali su atomski bakar u procesu bez rastvarača, omogućavajući intimni kontakt između poluprovodnika i atoma metala.
Tara LeMersier, dr. student koji je izveo eksperimentalni rad na Hemijskoj školi Univerziteta u Notingemu, rekao je: „Izmerili smo struju koju generiše svetlost i koristili je kao kriterijum za procenu kvaliteta katalizatora. Čak i bez bakra, novi oblik ugljen nitrida je 44 puta aktivniji od tradicionalnog ugljen nitrida.“
„Međutim, na naše iznenađenje, dodavanje samo 1 mg bakra na 1 g ugljen nitrida je učetvorostručilo ovu efikasnost. Što je najvažnije, selektivnost se promenila od metana, drugog gasa staklene bašte, do metanola, vrednog zelenog goriva.“
Profesor Andrej Hlobistov, Hemijski fakultet Univerziteta u Notingemu, rekao je: „Valorizacija ugljen-dioksida je ključ za postizanje nulte ambicije Velike Britanije. Od vitalnog je značaja da se obezbedi održivost naših katalizacionih materijala za ovu važnu reakciju. A Velika prednost novog katalizatora je u tome što se sastoji od održivih elemenata — ugljenika, azota i bakra — kojih ima mnogo na našoj planeti.“
Ovaj pronalazak predstavlja značajan korak ka dubokom razumevanju fotokatalitičkih materijala u konverziji CO₂. Otvara put za stvaranje visoko selektivnih i podesivih katalizatora gde bi se željeni proizvod mogao nazvati kontrolom katalizatora na nanorazmeri.
