Vědci objevili, jak jednoatomové katalyzátory efektivně mění CO2 na palivo

Nová studie odhaluje mechanismus, jak jednoatomové katalyzátory na bázi mědi a oxidu titaničitého (Cu-TiO₂) dokáží efektivně přeměňovat oxid uhličitý (CO₂) na oxid uhelnatý (CO) za pomoci slunečního světla.

Nová studie odhaluje mechanismus, jak jednoatomové katalyzátory na bázi mědi a oxidu titaničitého (Cu-TiO₂) dokáží efektivně přeměňovat oxid uhličitý (CO₂) na oxid uhelnatý (CO) za pomoci slunečního světla. Tato fotokatalytická redukce CO₂ představuje slibnou cestu k ukládání energie z přerušovaného slunečního záření do uhlíkatých paliv a chemikálií, což otevírá možnosti pro účinnou recyklaci uhlíku.

Dosavadní výzkum sice naznačoval, že jednoatomové měděné katalyzátory zlepšují fotoredukci CO₂, ale role jednotlivých aktivních míst a sousedních atomů v těchto katalyzátorech nebyla dosud plně pochopena. Tým vědců, vedený profesory Bi Yingpu a Wang Kangkangem z Lanzhou Institute of Chemical Physics (LICP) Čínské akademie věd, se zaměřil na tuto problematiku.

Provedli experimentální studii dynamických interakcí molekul CO₂ a H₂O na aktivních místech povrchu jednoatomových Cu-TiO₂ katalyzátorů. Integrovali přitom in situ rentgenovou fotoelektronovou spektroskopii s infračervenou spektroskopií. Zjistili, že jednoatomová místa mědi a sousední místa titanu hrají odlišné, avšak kooperativní role během fotoredukce CO₂. Adsorpce vody a injekce elektronů na jednoatomových měděných místech podporují adsorpci a aktivaci CO₂ na sousedních titanových místech. Tato kooperativní katalýza výrazně zlepšuje účinnost přeměny CO₂ na CO.

Výsledky studie ukázaly, že katalyzátor Cu-TiO₂ vykazuje podstatně vyšší aktivitu pro přeměnu CO₂ na CO (161,1 μmol g⁻¹ h⁻¹) ve srovnání s čistým TiO₂ (31,8 μmol g⁻¹ h⁻¹). Tyto experimentální poznatky zpochybňují dosavadní spekulace o jednoatomových měděných katalyzátorech a poskytují nové vhledy pro přehodnocení statických modelů struktury a aktivity. Otevírají tak cestu k vývoji účinnějších technologií pro recyklaci uhlíku a udržitelné energetice.