Künstliche Photosynthese (AP), bei der Sonnenlicht zur Herstellung wertvoller Chemikalien und Kraftstoffe aus Kohlendioxid (CO2) verwendet wird, ist eine vielversprechende Strategie, um die Speicherung von Sonnenenergie sowie einen negativen Kohlenstoffkreislauf zu erreichen.
Die künstliche Photosynthese ist jedoch ziemlich komplex und umfasst mehrere aufeinanderfolgende und parallele Schritte. Darüber hinaus können thermodynamisch günstige C1-Produkte aus mehreren AP-Zwischenprodukten hergestellt werden, was es schwierig macht, Zielchemikalien mit CC-Bindungen selektiv herzustellen.
Kürzlich hat ein Forschungsteam unter der Leitung von Profs. Chen Wei und Wei Wei vom Shanghai Advanced Research Institute (SARI) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften haben neuartige Graphen/Siliciumcarbid (SiC)-Katalysatoren für die effiziente photoelektrische Reduktion von CO2 zu Ethanol (C2H5OH) entwickelt.
Die Ergebnisse wurden in veröffentlicht Internationale Ausgabe der Angewandten Chemie.
Der vorgeschlagene Verbundkatalysator, der aus einem SiC-Substrat, einer Zwischenschicht (IL) und einer mehrschichtigen Graphen-Deckschicht besteht, kann dazu beitragen, die genaue Kontrolle aktiver Zwischenprodukte für die CC-Kopplung zu erreichen.
Eine optimale IL-Struktur ermöglicht, dass photogenerierte Elektronen vom SiC-Substrat leicht zu den aktiven Stellen auf der Graphen-Deckschicht übertragen werden. Reaktionsintermediate können dann aufgrund ihrer starken Adsorption an den aktiven Zentren und der hohen Elektronendichte der Graphenoberfläche effizient gebildet und stabilisiert werden.
Die Forscher fanden heraus, dass die CH3OH-Bildung zugunsten der CC-Kopplung weitgehend unterdrückt wurde. C2H5OH wurde daher ausschließlich mit einer Selektivität von >99 % und einer CO2-Umwandlungsrate von 17,1 mmol gkat-1h-1 unter simulierter Sonneneinstrahlung mit geringer Vorspannung (-50 mV Vorspannung vs. Ag/AgCl) und Umgebungsbedingungen erzeugt.
Somit war die photoelektrokatalytische Leistung des optimalen Katalysators bei der Herstellung von C2-Produkten aus CO2 mindestens zwei Größenordnungen höher als die der AP-Katalysatoren nach dem Stand der Technik.
Mehr Informationen:
Guanghui Feng et al, Hochselektive Photoelektroreduktion von Kohlendioxid zu Ethanol über Graphen/Siliziumkarbid-Verbundwerkstoffen, Internationale Ausgabe der Angewandten Chemie (2023). DOI: 10.1002/ange.202218664