Araştırmacılar, CO2’yi verimli bir şekilde metanole dönüştürmek için bakır ve nanokristal karbon nitrür kullanarak güneş ışığıyla çalışan bir süreç geliştirerek sürdürülebilir yakıt üretimi ve CO2 azaltımı yolunda önemli bir adım attılar. Yeni yeşil yakıtlar yaratmanın yolunu açan bu keşifle, ışıkla aktive olan bir malzeme üzerinde biriken tek bakır atomlarına güneş ışığı tutarak CO2’i metanole dönüşüyor.
Nottingham Üniversitesi Kimya Fakültesi, Birmingham Üniversitesi, Queensland Üniversitesi ve Ulm Üniversitesi’nden araştırmacılardan oluşan uluslararası bir ekip, nanokristal karbon nitrür üzerine tutturulmuş bakırdan oluşan bir malzeme tasarladı. Bakır atomları, güneş ışınlarının etkisi altında CO2’den metanol üretiminde önemli bir adım olan elektronların karbon nitrürden CO2’ye geçmesini sağlayan nanokristal yapı içinde konumlandırılıyor. Araştırma, Royal Society of Chemistry’nin Sustainable Energy & Fuels dergisinde yayımlandı.
Fotokataliz işleminde ışık, elektronları uyaran yarı iletken bir malzemenin üzerine tutularak elektronların malzeme boyunca ilerleyerek CO2 ve su ile tepkimeye girmesi ve böylece yeşil bir yakıt olan metanol de dahil olmak üzere çeşitli faydalı ürünlerin elde edilmesi sağlanıyor. Son zamanlarda kaydedilen ilerlemeye rağmen, bu süreç verimlilik ve seçicilik eksikliğinden muzdarip.
Karbondioksit küresel ısınmaya en büyük katkıyı yapan maddedir. CO2’yi faydalı ürünlere dönüştürmek mümkün olsa da, geleneksel termal yöntemler fosil yakıtlardan elde edilen hidrojene dayanmaktadır. Sürdürülebilir güneş enerjisinden ve her yerde bulunan suyun bolluğundan yararlanarak foto- ve elektro-katalize dayalı alternatif yöntemler geliştirmek bu yüzden oldukça önemli.
Geliştirilmiş Kataliz için Nano Ölçekli Kontrol
Nottingham Üniversitesi Kimya Fakültesi’nde araştırma görevlisi olan ve araştırma ekibine liderlik eden Dr. Madasamy Thangamuthu, geliştirdikleri teknikle ilgili şunları söyledi: “Fotokatalizde kullanılan çok çeşitli farklı malzemeler var. Fotokatalizörün ışığı emmesi ve yük taşıyıcılarını yüksek verimlilikle ayırması önemlidir. Bizim yaklaşımımızda malzemeyi nano ölçekte kontrol ediyoruz. Işıkla etkin etkileşimin yanı sıra yeterli yük ayrımına olanak tanıyan kristal nano ölçekli alanlara sahip yeni bir karbon nitrür formu geliştirdik.”
Araştırmacılar, karbon nitrürü gerekli kristallik derecesine kadar ısıtarak bu malzemenin fotokataliz için işlevsel özelliklerini en üst düzeye çıkaran bir süreç tasarladılar. Magnetron püskürtme kullanarak, çözücüsüz bir işlemle atomik bakır biriktirdiler ve yarı iletken ile metal atomları arasında yakın temas sağladılar.
Şaşırtıcı Verimlilik Artışları
Nottingham Üniversitesi Kimya Fakültesi’nde deneysel çalışmaları yürüten doktora öğrencisi Tara LeMercier şunları söyledi: “Işık tarafından üretilen akımı ölçtük ve bunu katalizörün kalitesini değerlendirmek için bir kriter olarak kullandık. Bakır olmadan bile, yeni karbon nitrür formu geleneksel karbon nitrürden 44 kat daha aktif. Ancak, bizi şaşırtan bir şekilde, 1 g karbon nitrür başına sadece 1 mg bakır ilavesi bu etkinliği dört katına çıkardı. En önemlisi de seçicilik, bir başka sera gazı olan metandan değerli bir yeşil yakıt olan metanole dönüşüm.”
Nottingham Üniversitesi Kimya Fakültesi’nden Profesör Andrei Khlobystov “Karbondioksit valorizasyonu, Birleşik Krallık’ın net sıfır hedefine ulaşmasında anahtar rol oynamaktadır. Bu önemli reaksiyon için katalizör malzemelerimizin sürdürülebilirliğini sağlamak hayati önem taşımaktadır. Yeni katalizörün en büyük avantajı, gezegenimizde bol miktarda bulunan karbon, nitrojen ve bakır gibi sürdürülebilir elementlerden oluşmasıdır” diyor.
