Die zunehmende Sorge um steigende atmosphärische Kohlendioxid (CO2)-Werte brachte die Wissenschaftler dazu, Möglichkeiten der Umwandlung dieses Treibhausgases in Kraftstoffe und organische Materialien mit Hilfe von Licht zu erkunden.
Ein allgemeines Merkmal von Photokatalysatoren ist ihre Fähigkeit, durch die Spaltung von Wasser (H2O) Wasserstoff zu erzeugen, was auch der erste Schritt bei der CO2-Photoreduktion ist. Der zweite und wichtigste Schritt ist die Reduktion von CO2 zu Kohlenwasserstoffen.
Eine der wichtigsten Herausforderungen der Photokatalyse ist die Frage, wie die Photoreduktion von CO2 am besten verstärkt werden kann. Das EU-finanzierte Projekt CO2PHOTORED (Carbon dioxide photoreduction: A great challenge for photocatalysis) wurde gegründet, um die Photoreduktion von CO2 mithilfe von neuen und experimentellen Techniken, die der Forschung jetzt zur Verfügung stehen, zu verbessern.
Das Projekt verwendete Elektronentransferprozesse an heterogenen Katalysatoren, um Photokatalyse zu erreichen und nützliche organische Verbindungen zu gewinnen. Die Initiative erforscht hierfür neue Katalysatoren, die die Wasserstoffausbeuten aus CO2 und H2O verbessern. Zu den Techniken gehörte die Ablagerung oder Einkapselung eines Halbleiters auf einen nanoporösen Träger für die Photoreduktion von CO2.
Neue Dopingstrategien wurden untersucht und entwickelt, um die Photoaktivität und die Fähigkeit, das sichtbare Sonnenspektrum zu absorbieren, zu verbessern. Das Team entwickelte auch neue CO2-Minderungsstrategien, indem es Photoreduktoren und Hybrid-Photosensibilisator-Halbleitersysteme sowie die Verwendung der entwickelten Materialien in einem Photoreaktor untersuchte.
Diverse Photokatalysatoren wurden auf ihre Fähigkeit, CO2 in nützliche Verbindungen umzuwandeln, hin getestet. Man fand heraus, dass die beste Strategie zum Erhalten des nützlichsten Materials die Verwendung von Dimetallnanopartikeln war. CO2PHOTORED nutzte Gold (Au) und Kupfer (Cu) als Co-Katalysator in Kombination mit dem Photokatalysator Titandioxid (TiO2).
Die Ergebnisse zeigten, dass der mit Au und Cu beladene Photokatalysator TiO2 ein hoch effizientes Material für die Photoreduktion von CO2 zu Methan war, wobei H2O als Reduktionsmittel verwendet wurde.
Der innovative Charakter von CO2PHOTORED basierte auf der Kombination der Eigenschaften von zwei oder mehr Metallen als Co-Katalysatoren des TiO2-Halbleiters. Sein Erfolg könnte neue Möglichkeiten zur Herstellung von hochselektiven Materialien für die photokatalytische Erzeugung von Methan als Biokraftstoff eröffnen.
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