激光网3月26日消息，研究人员已成功转化一氧化碳2通过将阳光照射在沉积在光活化材料上的单个铜原子上转化为甲醇，这一发现为创造新的绿色燃料铺平了道路。
来自诺丁汉大学化学学院、伯明翰大学、昆士兰大学和乌尔姆大学的国际研究团队设计了一种材料，由锚定在纳米晶氮化碳上的铜组成。铜原子嵌套在纳米晶结构中，这使得电子能够从氮化碳移动到一氧化碳2，这是从一氧化碳生产甲醇的重要步骤2在太阳辐射的影响下。该研究已发表在英国皇家化学学会的《可持续能源与燃料杂志》上。
在光催化中，光照射在激发电子的半导体材料上，使它们能够穿过材料与一氧化碳发生反应2和水，导致各种有用的产品，包括甲醇，这是一种绿色燃料。尽管最近取得了进展，但这一进程缺乏效率和选择性。
二氧化碳是全球变暖的最大贡献者。虽然，可以转换 CO2对于有用的产品，传统的热方法依赖于来自化石燃料的氢气。开发基于光催化和电催化的替代方法非常重要，利用可持续的太阳能和无处不在的水资源。
诺丁汉大学化学学院研究员Madasamy Thangamuthu博士是该研究小组的共同负责人，他说：“光催化中使用了各种各样的不同材料。光触媒吸收光并高效分离电荷载流子非常重要。在我们的方法中，我们在纳米尺度上控制材料。我们开发了一种具有晶体纳米级结构域的新型氮化碳，可以与光进行有效的相互作用以及充分的电荷分离。
研究人员设计了一种将氮化碳加热到所需结晶度的过程，最大限度地提高了这种材料用于光催化的功能特性。使用磁控溅射，他们在无溶剂工艺中沉积原子铜，允许半导体和金属原子之间密切接触。
在诺丁汉大学化学学院进行实验工作的博士生Tara LeMercier说：“我们测量了光产生的电流，并将其作为判断催化剂质量的标准。即使没有铜，这种新型氮化碳的活性也是传统氮化碳的44倍。然而，令我们惊讶的是，每 1 克氮化碳仅添加 1 毫克铜，使这一效率翻了两番。最重要的是，选择性从甲烷转变为甲醇。
诺丁汉大学化学学院教授安德烈·赫洛比斯托夫表示：“二氧化碳增值是实现英国净零排放目标的关键。对于这一重要反应，确保我们的催化剂材料的可持续性至关重要。这种新型催化剂的一大优势是它由碳、氮和铜等可持续元素组成，这些元素在我们的星球上都非常丰富。
本发明代表了对CO2中光催化材料的深刻理解的重要一步转换。它为创建高选择性和可调谐的催化剂开辟了一条途径，通过在纳米尺度上控制催化剂，可以调高所需的产品。
这项工作由EPSRC计划资助“表面和界面上的金属原子用于可持续未来”旨在开发用于转化三种关键分子的催化剂材料 - 二氧化碳，氢气和氨 - 对经济和环境至关重要。MASI催化剂以原子效率高的方式制造，以确保化学元素的可持续利用，而不会耗尽稀有元素的供应，并制造地球上大部分丰富的元素，如碳和贱金属。
诺丁汉大学致力于倡导绿色和可持续技术。零碳集群已在东米德兰兹郡设立，以加速绿色产业和先进制造业创新的发展和部署。
