高效分解二氧化碳的突破

图 1：新型三组分光催化剂的合成方法。 将包裹碘分子的碳纳米管浸入硝酸银 (AgNO3) 水溶液中以制备复合光催化剂。 图片来源：名古屋工业大学的 Shinji Kawasaki 和 Yusuke Ishii

科学家们正在寻找一种有效利用太阳可见光分解二氧化碳的方法，为缓解全球变暖的新方法打开了大门。

二氧化碳 (CO₂) 过去一个半世纪以来，人类活动造成的排放急剧上升，被视为全球变暖和异常天气模式的主要原因。 因此，许多领域的研究重点是降低我们的二氧化碳₂ 排放量和大气水平。 一种有前景的策略是化学分解或“减少”二氧化碳₂ 使用光催化剂 – 吸收光能并将其提供给反应并加速它们的化合物。 通过这种策略，通过使用太阳能减少二氧化碳₂，在没有其他人工能源的情况下成为可能，为通往可持续未来的可持续道路打开了大门。

由博士领导的一组科学家。 日本名古屋工业大学的 Shinji Kawasaki 和 Yusuke Ishii 一直走在通过太阳能实现二氧化碳效率的最前沿。₂ 折扣。 他们的最新发现发表在《自然》杂志上 科学报告.

图 2：新型三组分光催化剂的机理。 光激发电子从碘化银 (AgI) 沿着碳纳米管传输到碘化银 (AgIO3)，在那里二氧化碳 (CO2) 被还原为一氧化碳 (CO)。 图片来源：名古屋工业大学的 Shinji Kawasaki 和 Yusuke Ishii

他们的研究始于需要解决碘酸银（AgIO₃)，一种因对 CO 有益而引起极大兴趣的光催化剂₂ 还原反应。 问题是 AgIO₃ 它需要比可见光高得多的能量才能发挥有效的光催化剂的作用； 可见光是太阳辐射的大部分。

科学家们试图通过结合 AgIO 来克服这个效率问题₃ 采用碘化银（AgI），可高效吸收和利用可见光。 然而，AgIO₃AgI 化合物具有复杂的合成过程，使其大规模制造不切实际。 此外，它们没有为光激发电子（光吸收激活电子）从 AgI 转移到 AgIO 提供有效途径的结构。₃，这是该化合物催化活性的关键。

图 3：用于光催化剂的柔性聚合物电极。 新的三组分光催化剂分散体可以很容易地喷涂到聚合物薄膜上，以生产可以在许多设置中组合的柔性电极。 图片来源：名古屋工业大学的 Shinji Kawasaki 和 Yusuke Ishii

“我们现在已经开发出一种新型光催化剂，包括带有 AgIO 的单壁碳纳米管 (SWCNT)。₃ 和 AgI 形成三组分复合催化剂，川崎博士说，“SWCNT 的作用是多模态的。它解决了合成和电子转移途径的问题。”

三组分合成过程很简单，只涉及两个步骤： 1. 使用电化学氧化方法将碘分子封装在 SWCNT 内。 2.通过将前一步骤的产物浸入硝酸银(AgNO.)水溶液中来制备化合物。₃）。

使用该化合物的光谱观察表明，在合成过程中，封装的碘分子从 SWCNT 接收电荷并转化为特定的离子。 然后这些与 AgNO 反应₃ 形成AgI和AgIO₃ 由于封装的碘分子的初始位置，微晶均匀地沉积在所有 SWCNT 上。 使用模拟太阳光的实验分析表明，单壁碳纳米管还充当了光激发电子从 AgI 传播到 AgIO 的导电路径。₃, 能够有效减少二氧化碳₂ 一氧化碳 (CO)。

SWCNT 的掺入还使复合分散体可以轻松喷涂到薄膜聚合物上，以生产多功能且可用于各种应用的柔性光电极。

Ishi 博士希望他们的光催化剂具有潜力。 ‘它可以使太阳能减少工业二氧化碳₂ 大气中的排放物和二氧化碳₂ 它是一种易于扩展、可持续、可再生的能源解决方案，可应对全球变暖和气候变化，使人们的生活更安全、更健康。

该团队表示，下一步是探索使用光催化剂产生太阳能氢气的可能性。 或许人类的未来终究是光明的！

参考资料：“可见光CO的一步合成₂ 碘包封碳纳米管的还原光催化剂”作者：Mayar Zubaidi、Kenta Kobayashi、Yusuke Ishii 和 Shinji Kawasaki，2021 年 5 月 12 日可在此处获得 科学报告.
DOI：10.1038 / s41598-021-89706-2