Dioxyde de carbone (CO 2 ) 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. Donc, l'accent a été mis sur la recherche, dans plusieurs domaines, sur la baisse de notre CO 2 émissions et ses niveaux atmosphériques. Une stratégie prometteuse consiste à décomposer chimiquement, ou 'réduire, ' CO 2 en utilisant des photocatalyseurs - des composés qui absorbent l'énergie lumineuse et la fournissent aux réactions, les accélérer. Avec cette stratégie, la réduction des émissions de CO grâce à l'énergie solaire 2 , où aucune autre source d'énergie artificielle n'est utilisée, devient possible, ouvrir les portes d'une voie durable vers un avenir durable.

Une équipe de scientifiques dirigée par les Drs. Shinji Kawasaki et Yosuke Ishii de l'Institut de technologie de Nagoya, Japon, a été à l'avant-garde des efforts visant à obtenir un CO efficace grâce à l'énergie solaire 2 réduction. Leur percée récente est publiée dans Nature's Rapports scientifiques .

Leurs recherches ont commencé avec la nécessité de résoudre le problème d'applicabilité limitée de l'iodate d'argent (AgIO 3 ), un photocatalyseur qui a attiré une attention considérable pour être utile pour le CO 2 réaction de réduction. Le problème est que AgIO 3 nécessite une énergie beaucoup plus élevée que celle que la lumière visible peut fournir pour fonctionner comme un photocatalyseur efficace ; et la lumière visible est la majorité du rayonnement solaire.

Les scientifiques ont tenté de contourner ce problème d'efficacité en combinant AgIO 3 avec de l'iodure d'argent (AgI), qui peut efficacement absorber et utiliser la lumière visible. Cependant, Agio 3 -Les composites AgI ont des processus de synthèse compliqués, rendant leur fabrication à grande échelle impraticable. Plus loin, ils n'ont pas de structures qui offrent des voies efficaces pour le transfert d'électrons photoexcités (électrons excités par absorption de lumière) d'AgI à AgIO 3 , qui est la clé de l'activité catalytique du composite.

« Nous avons maintenant développé un nouveau photocatalyseur qui incorpore des nanotubes de carbone à paroi simple (SWCNT) avec AgIO 3 et AgI pour former un catalyseur composite à trois composants, " dit le Dr Kawasaki, "Le rôle des SWCNT est multimodal. Il résout à la fois les problèmes de synthèse et de voie de transfert d'électrons."

Le processus de synthèse du composite à trois composants est simple et implique seulement deux étapes :1. Encapsuler les molécules d'iode dans le SWCNT en utilisant une méthode d'oxydation électrochimique; et 2. Préparation du composite en immergeant la résultante de l'étape précédente dans une solution aqueuse de nitrate d'argent (AgNO 3 ).

Des observations spectroscopiques utilisant le composite ont montré qu'au cours du processus de synthèse, les molécules d'iode encapsulées ont reçu une charge du SWCNT et converties en ions spécifiques. Ceux-ci ont ensuite réagi avec AgNO 3 pour former AgI et AgIO 3 microcristaux, lequel, en raison des positions initiales des molécules d'iode encapsulées, ont été déposés uniformément sur tous les SWCNT. Une analyse expérimentale avec de la lumière solaire simulée a révélé que les SWCNT agissaient également comme la voie conductrice par laquelle les électrons photoexcités se déplaçaient d'AgI à AgIO 3 , permettant la réduction efficace du CO 2 au monoxyde de carbone (CO).

L'incorporation de SWCNT a également permis à la dispersion composite d'être facilement enduite par pulvérisation sur un polymère à film mince pour produire des électrodes photocatalytiques flexibles qui sont polyvalentes et peuvent être utilisées dans diverses applications.

Le Dr Ishii est optimiste quant au potentiel de leur photocatalyseur. "Il peut rendre la réduction solaire du CO industriel 2 émissions et CO atmosphérique 2 une solution basée sur les énergies renouvelables facile à mettre à l'échelle et durable pour lutter contre le réchauffement climatique et le changement climatique, rendre la vie des gens plus sûre et plus saine, " il dit.

L'étape suivante, l'équipe dit, est d'explorer la possibilité d'utiliser leur photocatalyseur pour la production d'hydrogène solaire.