Các nhà khoa học Nhật Bản công bố đột phá trong công nghệ chuyển đổi CO2

Được tạo ra từ các nguyên tố phong phú và không yêu cầu xử lý hoặc sửa đổi sau tổng hợp phức tạp, nó có thể mở đường cho một loại chất xúc tác quang mới để chuyển đổi CO2 thành các hóa chất hữu ích một cách hiệu quả.

Ý tưởng là chuyển đổi CO2 thành các hóa chất hữu ích, chẳng hạn như carbon monoxide (CO) và axit formic (HCOOH). Đặc biệt, các hệ thống giúp giảm CO2 bằng xúc tác quang sử dụng ánh sáng nhìn thấy hoặc tia cực tím để thúc đẩy quá trình giảm CO2, giống như cách thực vật sử dụng ánh sáng mặt trời để tiến hành quang hợp.

Trong vài năm qua, các nhà khoa học đã báo cáo nhiều chất xúc tác quang tinh vi dựa trên khung kim loại - hữu cơ và polyme phối trí (CP). Thật không may, hầu hết chúng đều yêu cầu xử lý và sửa đổi sau tổng hợp phức tạp hoặc được làm từ kim loại quý.

Trong một nghiên cứu gần đây được công bố trên tạp chí ACS Catallysis, nhóm nghiên cứu ở Nhật Bản đã tìm ra cách để vượt qua những thách thức này.

Nhóm nghiên cứu được dẫn dắt bởi trợ lý được bổ nhiệm đặc biệt của Giáo sư Yoshinobu Kamakura và Giáo sư Kazuhiko Maeda từ Học viện Công nghệ Tokyo (Tokyo Tech), đã phát triển một loại xúc tác quang mới để giảm CO2 dựa trên CP chứa các liên kết chì - lưu huỳnh (Pb-S).

Được gọi là KGF-9, CP mới bao gồm cấu trúc n (-Pb-S-) vô hạn với các đặc tính không giống như bất kỳ chất xúc tác quang nào khác đã biết.

Ví dụ, KGF-9 không có lỗ rỗng hoặc khoảng trống, nghĩa là nó có diện tích bề mặt thấp. Tuy nhiên, nó đã đạt được một hiệu suất quang hấp dẫn ngoạn mục. Dưới chiếu xạ ánh sáng nhìn thấy ở bước sóng 400 nm, KGF-9 đã chứng minh năng suất lượng tử ​​(năng suất sản phẩm trên mỗi photon được hấp thụ) là 2,6% và độ chọn lọc trên 99% trong việc khử CO2 thành formate (HCOO-).

Giáo sư Maeda nói: "Những giá trị này là cao nhất về việc giảm CO2 thành HCOO-, không chứa kim loại quý, dựa trên xúc tác quang đơn lẻ. Công việc của chúng tôi có thể làm sáng tỏ tiềm năng của CP trong vai trò là đơn vị xây dựng hệ thống chuyển đổi CO2 quang xúc tác".

Ngoài hiệu suất vượt trội, KGF-9 còn dễ tổng hợp và sử dụng hơn so với các chất xúc tác quang khác. Vì các vị trí Pb hoạt động (nơi xảy ra quá trình khử CO2) đã được "cài đặt" trên bề mặt của nó, nên KGF-9 không yêu cầu sự hiện diện của chất đồng xúc tác, chẳng hạn như các hạt nano kim loại hoặc phức kim loại. Hơn nữa, nó không yêu cầu các sửa đổi sau tổng hợp khác để hoạt động ở nhiệt độ phòng và dưới ánh sáng có thể nhìn thấy được.

Nhóm nghiên cứu tại Tokyo Tech đang khám phá các chiến lược mới để tăng diện tích bề mặt của KGF-9 và tăng hiệu suất của nó hơn nữa.

Là chất xúc tác quang đầu tiên với Pb (II) làm trung tâm hoạt động, rất có thể KGF-9 sẽ mở đường cho việc giảm CO2 khả thi hơn về mặt kinh tế.

Về vấn đề này, nhóm nghiên cứu kết luận: "Chúng tôi tin rằng nghiên cứu của chúng tôi cung cấp cơ hội chưa từng có để phát triển một loại chất xúc tác quang rẻ tiền mới, để giảm CO2 bao gồm các nguyên tố có nhiều trong trái đất".