Свет и наночастицы превратили углекислый газ в кислород

Сотрудники Института фундаментальных наук Южной Кореи создали высокоэффективные полупроводниковые наноструктуры, которые под действием света преобразуют углекислый газ в кислород и CO без побочных продуктов. Работа ученых опубликована в журнале Materials Today.

В ходе естественного фотосинтеза углекислый газ преобразуется в высокоэнергетичные молекулы АТФ с выделением в качестве побочного продукта кислорода. С момента открытия этого процесса ученые со всего мира пытаются создать аналогичную искусственную систему в лаборатории. Пока что все существующие подобные установки имеют низкую эффективность или большое количество разных побочных продуктов.

Новое исследование ученых из Южной Кореи показывает, что модифицированный оксид титана может выступать в роли фотокатализатора, позволяющего осуществить близкий к искусственному фотосинтезу процесс. Авторы изменили частицы оксида титана так, что он начал вместо ультрафиолетового цвета поглощать излучение видимого диапазона.

В ходе исследования были созданы системы из двух модификаций TiO₂: анатаза и неупорядоченного рутила. Модификация его поверхности повысила склонность материала к поглощению излучения видимого диапазона. Чтобы улучшить эффективность таких наночастиц, исследователи попробовали объединить их с различными полупроводниками — оксидом вольфрама WO₃ и серебром.

Полученные гибридные наночастицы со строго определенным составом показали наилучшие результаты в преобразовании CO₂ в угарный газ и кислород. Оксид вольфрама был выбран в качестве кандидата благодаря маленькой ширине запрещенной зоны, а серебро — из-за его способности усиливать поглощение видимого цвета.

Квантовый выход — отношение числа «выбитых» из материала фотоэлектронов к попавшим на него фотонам — у новых наночастиц составил 34,8%, а скорость реакции — 2,3 миллимоль на грамм катализатора в час. Это достаточно высокие показатели для такого типа химической реакции, но исследователи не останавливаются и намерены улучшить свою разработку и найти способ масштабировать ее для внедрения в производство.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.