Bilim insanları, iki yaygın ve nispeten ucuz metal olan titanyum ve bakırı kullanarak yeni bir ‘heteroyapılı’ fotokatalizör geliştirdiler. Fotokatalizörün yüksek stabilitesiyle birleştirilmiş uygun maliyetli sentez prosedürleri, atık karbondioksit ve suyu sonsuz güneş ışığı kullanarak yararlı hidrokarbon yakıtlara dönüştürmek için ekonomik olarak uygun bir yol sağlıyor.
Fotokatalizör Nedir?
Fotokatalizör, ışığı emerek daha yüksek enerji düzeyine getiren ve reaktif maddeye kimyasal bir reaksiyon meydana getirmek amacıyla bu enerjiyi sağlayan bir malzemedir. Fotokatalizör, aktif bileşeni olarak titanyum dioksit içeren bir kaplama maddesidir. Bir katalizör kendi başına reaksiyona girmez ancak reaksiyonun aktivasyon enerjisini düşürüp hızını arttırarak diğer maddelerin reaksiyona girmesine yardımcı olur. Işık, Fotokatalizör ile temas ettiğinde bir oksidasyon- redüksiyon kimyasal reaksiyonları meydana gelir. Yüzeylere uygulandığında, yüzeyin kirlenmesini önlerken havayı temizleme işlevi görür.
Çevre Dostu Özelliği
Bu teknoloji, çevre dostu olmasıyla bilinir. Peki, bu şekilde bilinmesinin sebebi nedir? Kullanım örneği üzerinden anlatırsak; bir binanın dış duvarını kaplamak için bir fotokatalist kullandığımızda, yağmur suyunun akmasıyla oluşan kir oluşumunu önlerken ayrıca egzoz gazının ayrışmasını sağlarız. Bitkiler tarafından yapılan ve hayatımızda kritik rol oynayan fotosentez de fotokatalitik bir reaksiyondur. Artan karbondioksit (CO2) emisyonları ve bunun sonucunda iklim değişikliğinin hızlanmasına yol açıyor. Bu da, atmosferdeki karbon dioksit konsantrasyonunu aktif olarak azaltmanın uygulanabilir yollarını bulmanın gerekliliğini ortaya koyuyor. Söz konusu çalışma, işte bitkilerin bu fotokatalizör özelliğinden ilham alarak bir çözüm bulmayı amaçlıyor.
Yeni Fotokatalizör
Kore’deki Daegu Gyeongbuk Bilim ve Teknoloji Enstitüsü’nden (DGIST) araştırmacılar tarafından yayımlanan yeni bir çalışmada profesör Su-Il In ve ekibi karbondioksidi hidrokarbon yakıtlara dönüştürmek için yeni bir fotokatalizör geliştirdiler.
Bu araştırmada iki farklı malzeme arasındaki arayüzlerin doğal fotosentezdeki elektron transferlerine benzer kimyasal süreçlerde bir rol oynadığı heteroyapılı fotokatalizlerdeki “Z-şemaları” yük transfer mekanizması konsepti üzerinde durdular. Z şeması, fotosentezin ışık reaksiyonları sırasında oksidasyon / indirgeme değişikliklerini tanımlar. Şekildeki dikey eksen, belirli bir türün indirgeme potansiyelini temsil eder. Bir moleküler türün konumu ne kadar yüksekse, indirgeme potansiyeli o kadar düşüktür ve elektronları o kadar kolay bağışlar.
Araştırmacılar, azaltılmış titanyum nanopartikül kenarlarını, nispeten basit ve ucuz bir prosedür olan foto biriktirme yoluyla (UV ışınları kullanarak çaprak bağlama) bakır-iki oksit (Cu2O) nanopartiküller ile güçlendirdiler. Arayüzdeki indirgenmiş titanyum dioksidin (titanya) zengin elektron yoğunluğu, Cu2O’da “elektron delikleri” adı verilen pozitif yükleri nötralize etmeye yardımcı olur. Elektron delikleri olmazsa aşırı birikme ve foto-korozyonla karşı karşıya gelinebilir. Bu sayede, ortaya çıkan arayüzlerin geometrik şekilleri her iki malzemenin reaktif ortama maruz kalarak fotokatalizör işlevi görmesini sağlıyor.
Karbondioksidi yakıta dönüştürmek için uygulanabilir yöntemlerin geliştirilmesi ve benimsenmesinin hem çevresel hem de ekonomik faydaları olacağı aşikar. Profesör In çalışmanın bu etkisiyle ilgili “Fotokatalitik ile karbondioksit azaltımı, termik santraller ve endüstriyel fermantasyon tesisleri (damıtma tesisleri) gibi büyük hacimlerde karbondioksit üreten süreçlerde uygulanabilir. Bu teknolojinin bu tür tesislere entegre edilmesi, onlara ucuz ve bol yakıta erişim ve karbon emisyon vergilerinde kesintiler sağlayacaktır.” diyerek çevre ve ekonomi için olumlu sinyaller veriyor.
Kaynakça:
https://www.sciencedaily.com
https://www.sciencedirect.com
https://www.cliffsnotes.com
http://www.biomimic-c.com
https://www.rsc.org
