Artificieël fotosynthese-systeem is effectiever met grafeen | Grafeen (graphene)
Artificieël fotosynthese-systeem is effectiever met grafeen

Door zonlicht om te zetten in chemische energie kunnen kunstmatige fotosynthese-systemen potentieel hernieuwbare, niet-vervuilende brandstoffen en chemische producten voor een breed scala van toepassingen produceren. Maar de ontwikkeling van zo een efficiënt zon-naar-brandstof omzettingsproces bleek zeer moeilijk. Onderzoekers hebben de mogelijkheid van kunstmatige fotosynthese aangetoond, maar een hoog rendement halen bleek toch iets moeilijker te zijn.

In een nieuwe studie hebben een team van wetenschappers van het Korea Research Institute of Chemical Technology in Daejon, Zuid-Korea en Ewha Womans University in Seoul, Zuid-Korea, laten zien dat grafeen als een efficiënt fotokatalysator kan dienen voor verbetering van de efficiëntie van een kunstmatig fotosynthese-systeem. Als fotokatalysator maakt grafeen gebruik van zonlicht om de reactie te stimuleren, zonder zichzelf te betrekken. Zoals de onderzoekers het uitleggen; Een goede fotokatalysator voor een dergelijk systeem moet werken in het zichtbare lichtspectrum, omdat 46% van het totale zonlicht energie op aarde in het zichtbare gebied is en slechts 4% in het UV-bereik.

In eerdere studies werd geëxperimenteerd met grafeen-halfgeleider composieten als fotokatalysatoren, maar de resultaten toonden aan dat deze materialen over een laag elektronenoverdracht niveau beschikken, wat leidt tot een laag rendement. In de nieuwe studie maken de wetenschappers gebruik van het grafeen zelf als de fotokatalysator, die zij dan koppelen aan een porfyrine enzym. De onderzoekers toonden aan dat dit materiaal zonlicht en kooldioxide kan omzetten in mierenzuur, een chemische stof die wordt gebruikt in de kunststof industrie en als brandstof in brandstofcellen.

Tests hebben uitgewezen dat de grafeen-gebaseerde fotokatalysator zeer functioneel is in het zichtbare licht regime, en dat het totale rendement aanzienlijk hoger is dan de rendementen van andere fotokatalysatoren.

“Het fotokatalysator-enzym gekoppelde systeem is een van de meest ideale kunstmatige fotosynthese systemen dat zonne-energie gebruikt voor de synthese van diverse chemicaliën en brandstof,” wist co-auteur Jin-Ook Baeg van het Korea Research Institute of Chemical Technology aan Phys.org te vertellen.

En voegde daaraan toe: “Voor het praktisch gebruik van het foto-bioreactor kunstmatige fotosynthese proces is een van de meest uitdagende taken het zoeken naar een zeer efficiënt zichtbaar licht actief materiaal dat werkt als een fotokatalysator in het NADH regeneratiesysteem en een enzymatische productie van zonne-chemicaliën / zonne-energie-brandstof van CO2 uitlokt.”

“Als een stap om dit doel te bereiken, rapporteren wij de synthese van een nieuwe grafeen-gebaseerd zichtbaar licht actief materiaal als een fotokatalysator van het foto-bioreactor-systeem voor een efficiënte kunstmatige fotosynthese productie van mierenzuur van CO2.”

Met behulp van spectroscopie, thermische analyse en microscopische technieken verkregen de onderzoekers een betere kijk op het gehele systeem. Zij ondervonden dat het materiaal goed elektronen kan vervoeren, en het grote oppervlak van het grafeen gebied helpt bij het versnellen de chemische reacties in het conversieproces.

De mogelijkheid om zonne-brandstof rechtstreeks te produceren van CO2 heeft niet alleen toepassingen voor brandstofcellen en kunststoffen, maar ook in de farmaceutische industrie.

Bron: zeitnews.org, phys.org


3D print schaalmodel structuur grafeen