Dünyamızdaki CO2 Miktarının Azaltılması için Yeni Yöntem
Fotoğraf: Üç bileşenli fotokatalizörün sentez metodu: İyot moleküllerini kapsülleyen bir karbon nanotüp, kompozit fotokatalizörü üretmek için gümüş nitrat sulu çözeltisine daldırılmaktadır. Kaynak: Nagoya Teknoloji Enstitüsü’nden Shinji Kawasaki ve Yosuke Ishii
Bilim insanları CO2’yi parçalamak için Güneş’ten gelen görünür ışığı verimli bir şekilde kullanarak, küresel ısınmayı azaltacak çalışmaların kapılarını açmaktadırlar.
İnsan faaliyetleriyle ortaya çıkan CO2 emisyonu son bir buçuk yüz yılda oldukça artmıştır ve bu artan CO2 miktarı, alışılmadık hava koşullarının ve küresel ısınmanın birincil sebebi olarak görülmektedir. Dolayısıyla bilim insanları, birçok alanda, CO2 emisyonumuzu ve CO2’nin atmosferik seviyesini azaltmaya odaklanmış bir şekilde çalışmaktadırlar. Umut verici yollardan biri şu; CO2’i kimyasal olarak parçalamak ya da azaltmak için fotokatalistleri (ışık enerjisini emen ve reaksiyonlarda yayarak işlemi hızlandıran bileşik) kullanmaları. Bu yolla, CO2’in herhangi bir yapay enerji kaynağı kullanılmadan, Güneş enerjisiyle azaltılma ihtimali gerçekleştirilmiş ve sürdürülebilir gelecek için sürdürülebilir yolların kapıları açılmıştır.
Fotoğraf-1: Üç bileşenli fotokatalizörün mekanizması: Gümüş iyodürdeki fotokortların, CO2’in CO’e indirgendiği kısımda, karbon nanotüpü boyunca gümüş iyodata doğru geçmesi. Kaynak: Nagoya Teknoloji Enstitüsü’nden Shinji Kawasaki ve Yosuke Ishii
Çalışmaları, CO2 miktarını azaltmada kullanışlı olduğu için oldukça ilgi çeken, bir fotokatalist olan gümüş iyodat (AgIO3)’ın sınırlı uygulanabilirlik problemini çözme ihtiyacı ile başlamıştır. Problem, AgIO3‘ın görünür ışıkta verimli bir fotokatalist olarak işlev görebileceğinden çok daha yüksek enerjiye ihtiyaç duymasıdır. Görünür ışık güneş radyasyonunun çoğunluğudur.
Bilim insanları AgIO3 ‘ı, görünür ışığı verimli şekilde emen ve kullanan AgI ile birleştirerek bu verimlilik sorununun üstünde çalıştı. Ancak, AgIO3-AgI kompozitin, kullanışlı olması için, büyük ölçekli üretiminde karmaşık sentez sürecine sahiptir. Ayrıca, AgI’den AgIO3’a fotokort elektronları (ışık emiliminden gelen elektron enerjisi) transferi için verimli yollar sunabilecek yapıları da yoktu, bu da kompozitin katalitik işlevinin en önemli noktasıydı.
Fotoğraf-2: Fotokatalizörün esnek bir polimer elektrotu: Üç bileşenli fotokatalizörün dağılıma özelliği, sayısız ayara entegre olabilen esnek elektrotlar üretmek için polimer filmler üzerine kolayca spreyle kaplanabilir olmasını sağlar. Kaynak: Nagoya Teknoloji Enstitüsü’nden Shinji Kawasaki ve Yosuke Ishii
Dr. Kawasaki, “Üç bileşenli kompozit katalizör oluşturmak için tek duvarlı karbon nanotüp (SWCNTs), AgIO3 ve AgI içeren yeni bir fotokort geliştirdik. SWCNTs’nin rolü çok modludur. Hem karmaşık sentez süreci hem de elektron transferi problemlerini çözer.”
Üç bileşenli kompozitin sentez süreci çözümü kolaydır ve sadece iki adım içerir: (1.) Eleketrokimyasal yöntem kullanarak SWCNT içindeki iyot moleküllerinin kapsüllenmesi ve (2.) Önceki adımın sonucunun gümüş nitrat (AgNO3) sulu çözeltisine daldırılarak kompozitin hazırlanması.
Spektroskobik incelemelerde kompozit kullanılarak sentez süreci gösterilir; kapsüllenen iyot molekülleri SWCNT’den yük alır ve bunları spesifik iyonlara dönüştürür. Bunlar daha sonrasında AgNO3 ile reaksiyona girerek kapsüllenmiş iyot moleküllerini, başlangıç konumları nedeniyle tek tip biriken AgI ve AgIO3 mikro kristallerini, SWCNTs’lerin üstünde oluşturur. Simüle edilmiş Güneş ışığıyla yapılan deneysel analizde, AgI’dan AgIO3’e hareket eden fotokort elektronlarının iletken yolu boyunca SWCNTs’nin hareketiyle, CO2’nin karbon monoksit (CO) için verimli bir şekilde indirgenmesinde etkin rol oynadığını ortaya koydu.
SWCNTs’lerin dahil edilmesi kompzitlerin, çok yönlü ve çeşitli uygulamalarda kullanılmasını, ayrıca esnek fotokort elektrotlar elde etmek için ince bir film polimerine kolayca dağılmasını sağlar.
Dr. Ishii fotokortlarının yapabileceklerinin potansiyeli için umutlu. “Endüstriyel CO2’in emisyonu ve atmosferik CO2’in Güneş enerjisi ile indirgenebilmesi, küresel ısınma ve iklim değişikliğiyle mücadelede, hem insanların hayatını daha güvenli ve sağlıklı hale getiren hem ölçeklendirmesi kolay ve sürdürülebilir hem de yenilenebilir enerji odaklı çözüm sunabilmektedir.”
Ekip, bir sonraki adımın fotokortlarının potansiyelini kullanarak Güneş enerjisi ile hidrojen üretimini araştırmak olduğunu söylemektedir. Belki de insanlığın geleceği parlaktır!
Kaynak: scitechdaily.com
