Źródło zdjęcia: MaxPixel. (CC0)

Chemicy opracowali cząsteczkę, która wykorzystuje światło lub elektryczność do przekształcania dwutlenku węgla w tlenek węgla – neutralne pod względem emisji źródło paliwa – wydajniej niż jakakolwiek inna metoda „redukcji węgla”.

„Jeśli uda ci się stworzyć wystarczająco wydajną cząsteczkę do tej reakcji, wytworzy ona energię, która będzie bezpłatna i możliwa do przechowywania w postaci paliw”, mówi kierownik badań Liang-shi Li, profesor nadzwyczajny na wydziale chemii na Indiana University Bloomington. „To badanie jest dużym krokiem w tym kierunku”.

Spalanie paliwa, takiego jak tlenek węgla, wytwarza dwutlenek węgla i uwalnia energię. Przekształcenie dwutlenku węgla z powrotem w paliwo wymaga co najmniej takiej samej ilości energii. Głównym celem naukowców było zmniejszenie potrzebnej nadwyżki energii.

To jest dokładnie to, co osiąga cząsteczka Li: wymaga najmniejszej ilości energii odnotowanej do tej pory, aby wywołać powstawanie tlenku węgla. Cząsteczka – kompleks nanografen-ren połączony związkiem organicznym znanym jako bipirydyna – uruchamia wysoce wydajną reakcję, która przekształca dwutlenek węgla w tlenek węgla.

Zdolność do wydajnego i wyłącznego tworzenia tlenku węgla jest istotna ze względu na wszechstronność cząsteczki.

„Tlenek węgla jest ważnym surowcem w wielu procesach przemysłowych”, mówi Li. „Jest to również sposób na przechowywanie energii jako paliwa neutralnego pod względem emisji dwutlenku węgla, ponieważ nie wprowadzasz z powrotem do atmosfery więcej węgla niż już usunięto. Po prostu ponownie uwalniasz energię słoneczną, której użyłeś do jej wytworzenia”.

Sekretem skuteczności tej molekuły jest nanografen — nanometrowy kawałek grafitu, powszechna forma węgla (tj. czarny „ołów” w ołówkach) — ponieważ ciemny kolor materiału pochłania dużą ilość światła słonecznego.

Li mówi, że kompleksy bipirydyna-metal były od dawna badane pod kątem redukcji dwutlenku węgla do tlenku węgla za pomocą światła słonecznego. Ale te molekuły mogą wykorzystywać tylko maleńki prążek światła słonecznego, głównie w zakresie ultrafioletu, który jest niewidoczny gołym okiem. W przeciwieństwie do tego, cząsteczka wykorzystuje zdolność nanografenu do pochłaniania światła, aby stworzyć reakcję wykorzystującą światło słoneczne o długości fali do 600 nanometrów — dużą część widma światła widzialnego.

Zasadniczo, mówi Li, cząsteczka działa jak dwuczęściowy system: nanografenowy „kolektor energii”, który pochłania energię ze światła słonecznego oraz atomowy „silnik” renu, który wytwarza tlenek węgla. Kolektor energii kieruje przepływ elektronów do atomu renu, który wielokrotnie wiąże i przekształca normalnie stabilny dwutlenek węgla w tlenek węgla.

Pomysł połączenia nanografenu z metalem zrodził się z wcześniejszych wysiłków Li na rzecz stworzenia wydajniejszego ogniwa słonecznego z materiału węglowego. „Zadaliśmy sobie pytanie: czy moglibyśmy wyciąć człowieka środkowego – ogniwa słoneczne – i wykorzystać właściwości samego nanografenu, który pochłania światło, do wywołania reakcji?” on mówi.

Następnie Li planuje zwiększyć moc molekuły, w tym wydłużyć jej żywotność i przeżyć w postaci niepłynnej, ponieważ katalizatory stałe są łatwiejsze w użyciu w prawdziwym świecie. Pracuje również nad zastąpieniem atomu renu w cząsteczce – rzadkiego pierwiastka – manganem, bardziej powszechnym i tańszym metalem.

Biuro wiceprezesa ds. badań na Uniwersytecie Indiana i National Science Foundation wsparły badania, które pojawiają się w Journal of American Chemical Society.

Źródło: Indiana University

Powiązane książki

at Rynek wewnętrzny i Amazon