Yapay fotosentez, gelecek yıllarda antropojenik karbondioksidi (CO2) atmosferden ayırırken, temiz enerji ihtiyacını da karşılayabilir. Karbondioksidi (CO2), karbonmonoksit (CO) veya diğer hidrokarbonlar gibi yararlı kimyasallara dönüştürmek uygun bir seçenektir. Ancak CO2 çok kararlı olduğu için reaksiyonu sürdürmek için katalizöre ihtiyaç vardır.
Kore’deki Sungkyunkwan Üniversitesi’nden Hyoyoung Lee, CO2’nin güneş yakıtlarına fotokatalitik olarak azaltılmasının, küresel ısınma ve enerji krizi sorunlarını çözmek için umut verici bir yöntem olduğunu düşünmektedir. CO2 azaltma için heteroyapılı hibrid metal oksit katalizörlerin kullanılmasına rağmen, karbonmonoksit (CO) üretimi için seçici kontrol yöntemi tartışma konusudur.
Sungkyunkwan Üniversitesi Lee araştırmacılar, gümüş (AG) ile dekore edilmiş azaltılmış titanyumdioksit (TiO2)- volframtrioksit (WO3) hibrit nanopartiküllerinin umut verici bir aday olduğunu düşünemektedirler. Titantumdioksit (TiO2), volframtrioksit (WO3) ve gümüş (Ag) kombinasyonu, karbonmonoksit (CO) için %100 seçici olan ve reaksiyon hızını arttıran bir katalizör oluşturur.
Nanoyapılı titantumdioksit (TiO2), yüksek reaktivite ve dayanıklılığı nedeniyle iyi bilinen çekici bir fotokatalisttir. Toksikliğinin yanı sıra maliyeti de düşük olan TiO2, ultraviyole spektrumun sadece %4’ünü emebilir. Faz-seçiciliği düzensiz olan TiO2, oksijen boşluğu ve Ti3 durumu oluşturur. Ti3 durumunu mavi renkli TiO2’yi geride bırakarak ve bant aralığını ~2.7 V düşürerek meydana getirir.
Gümüş Nanopartikülleri Vasıtasıyla Fotosentez
Heterojen katalizor Z şeması olarak mavi titanyumdioksit (TiO2) ve volframtrioksit (WO3) kombinasyonu sadece güneş spektrumu tepkisini genişletmekle kalmamaktadır. Aynı zamanda ışıkla indüklenmiş şarj taşıyıcılarının yeniden kombinasyonunu da önlemektedir. Araştırmacılar, bu çeşitli yaklaşımları bir araya getirerek, gümüş (Ag) nanopartiküllerini, mavi TiO2 ve WO3 katalitik nanopartiküllerin yüzeyine yerleştirerek sadece karbonmonoksit (CO) üretebilen melez fotokatalist yapmak için bir araya getirdiler.
Katalizörün yüksek yüzey alanı ve geniş gözenek boyutu, fotokatalitik olarak karbonmonoksite (CO) indirgenmiş CO2 moleküllerinin yüzeye tutunması için geniş aktif alanlar sağlar. Elektron deliği çiftlerinin etkili bir şekilde ayrılması, Z-şeması mavi TiO2/WO3 sisteminde yeniden kombinasyonu önler. Bu nedenle CO2 azaltma için gümüş (Ag) nanopartiküllerine daha fazla elektron taşınırken, suyu (H20) dioksite (O2) oksitlemek için volframtrioksitte (WO3) delikler kalır. Ancak gümüş (Ag) nanopartiküllerinin oranı doğru olmalıdır.
Hyoyoung Lee, karbondioksitin, karbonmonoksite azalırken gösterdiği seçiciliğin uzun zamanlardan beri problem teşkil ettiğini belirtmektedir. Lee, bulgularının, karbonmonoksit üretiminin geliştirilmesi için yeni bir stratejiyi temsil ettiğine inandığını belirtmiştir. Yaptıkları yapay fotosentez çalışmalarının Co2’i yararlı malzemelere dönüştürme konusunda yardımcı olabileceğini düşünmektedirler.