Triggering artificial photosynthesis to clean air / Realizzare la fotosintesi artificiale per pulire l'aria

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

The process produces energy at the same time.

A chemistry professor has just found a way to trigger the process of photosynthesis in a synthetic material, turning greenhouse gases into the clean air and producing energy all at the same time. The process has great potential for creating a technology that could significantly reduce greenhouse gases linked to climate change, while also creating a clean way to produce energy.

A chemistry professor in Florida has just found a way to trigger the process of photosynthesis in a synthetic material, turning greenhouse gases into the clean air and producing energy all at the same time.

"This work is a breakthrough," said UCF Assistant Professor Fernando Uribe-Romo. "Tailoring materials that will absorb a specific color of light is very difficult from the scientific point of view, but from the societal point of view we are contributing to the development of a technology that can help reduce greenhouse gases."

Uribe-Romo and his team of students created a way to trigger a chemical reaction in a synthetic material called metal-organic frameworks (MOF) that breaks down carbon dioxide into harmless organic materials. Think of it as an artificial photosynthesis process similar to the way plants convert carbon dioxide (CO2) and sunlight into food. But instead of producing food, Uribe-Romo's method produces solar fuel.

It's something scientists around the world have been pursuing for years, but the challenge is finding a way for visible light to trigger the chemical transformation. Ultraviolet rays have enough energy to allow the reaction in common materials such as titanium dioxide, but UVs make up only about 4 percent of the light Earth receives from the sun. The visible range -- the violet to red wavelengths -- represent the majority of the sun's rays, but there are few materials that pick up these light colors to create the chemical reaction that transforms CO2 into fuel.

Researchers have tried it with a variety of materials, but the ones that can absorb visible light tend to be rare and expensive materials such as platinum, rhenium and iridium that make the process cost-prohibitive.

Uribe-Romo used titanium, a common nontoxic metal, and added organic molecules that act as light-harvesting antennae to see if that configuration would work. The light harvesting antenna molecules, called N-alkyl-2-aminoterephthalates, can be designed to absorb specific colors of light when incorporated in the MOF. In this case, he synchronized it for the color blue.

His team assembled a blue LED photoreactor to test out the hypothesis. Measured amounts of carbon dioxide were slowly fed into the photoreactor -- a glowing blue cylinder that looks like a tanning bed -- to see if the reaction would occur. The glowing blue light came from strips of LED lights inside the chamber of the cylinder and mimic the sun's blue wavelength.

It worked and the chemical reaction transformed the CO2 into two reduced forms of carbon, formate and formamides (two kinds of solar fuel) and in the process cleaning the air.

"The goal is to continue to fine-tune the approach so we can create greater amounts of reduced carbon so it is more efficient," Uribe-Romo said.

He wants to see if the other wavelengths of visible light may also trigger the reaction with adjustments to the synthetic material. If it works, the process could be a significant way to help reduce greenhouse gases.

"The idea would be to set up stations that capture large amounts of CO2, like next to a power plant. The gas would be sucked into the station, go through the process and recycle the greenhouse gases while producing energy that would be put back into the power plant."

Perhaps someday homeowners could purchase rooftop shingles made of the material, which would clean the air in their neighborhood while producing energy that could be used to power their homes.

"That would take new technology and infrastructure to happen," Uribe-Romo said. "But it may be possible."

ITALIANO

Il processo produce energia contemporaneamente.

Un professore di chimica ha appena trovato un modo per innescare il processo di fotosintesi in un materiale sintetico, trasformando gas serra nell'aria pulita e produrre energia contemporaneamente. Il processo ha grandi potenzialità per la creazione di una tecnologia che possa ridurre significativamente i gas a effetto serra legati al cambiamento climatico, creando anche un modo pulito per produrre energia.

"Questo lavoro è una svolta", ha affermato il professore Fernando Uribe-Romo, assistente UCF. "I materiali che si adattano a un colore specifico di luce sono molto difficili dal punto di vista scientifico, ma dal punto di vista sociologico stiamo contribuendo allo sviluppo di una tecnologia che può contribuire a ridurre i gas a effetto serra".

Uribe-Romo e il suo gruppo di studenti hanno creato un modo per innescare una reazione chimica in un materiale sintetico chiamato frammenti metallico-organici (MOF) che rompe l'anidride carbonica in materiali organici innocui. Si può pensare a questo processo come a un processo di fotosintesi artificiale simile al modo in cui le piante trasformano l'anidride carbonica (CO2) e la luce del sole in cibo. Ma invece di produrre cibo, il metodo di Uribe-Romo produce combustibile solare.

È qualcosa che gli scienziati di tutto il mondo perseguono da anni, ma la sfida è trovare un modo per far luce visibile per innescare la trasformazione chimica. I raggi ultravioletti hanno abbastanza energia per consentire la reazione in materiali comuni come il biossido di titanio, ma gli UV costituiscono solo circa il 4 per cento della luce che la Terra riceve dal sole. La gamma visibile, la lunghezza d'onda dalla luce violetta a quella rossa, rappresenta la maggior parte dei raggi solari, ma ci sono pochi materiali che raccolgono questi colori chiari per creare la reazione chimica che trasforma CO2 in carburante.

I ricercatori hanno provato con una varietà di materiali, ma quelli che possono assorbire la luce visibile tendono ad essere materiali rari e costosi come il platino, il renio e l'iridio che rendono il processo proibitivo.

Uribe-Romo usa titanio, un comune metallo non tossico, e aggiunge molecole organiche che agiscono come antenne di raccolta leggera per vedere se tale configurazione funzionerebbe. Le molecole di antenna di raccolta leggera, chiamate N-alchil-2-aminotereftalati, possono essere progettate per assorbire i colori specifici di luce quando sono incorporati nel MOF. In questo caso, lo sincronizza per il colore blu.

Il suo gruppo ha assemblato un LED fotoreattore di colore blu per verificare l'ipotesi. Le quantità misurate di anidride carbonica sono state lentamente alimentate nel fotoreattore - un cilindro blu brillante che sembra un letto abbronzante - per vedere se la reazione avverrà. La luce blu brillante è stata generata da strisce di luci LED all'interno della camera del cilindro e imitano la lunghezza d'onda blu del sole.

La prova ha funzionato e la reazione chimica ha trasformato la CO2 in due forme ridotte di carbonio, formato e formamide (due tipi di combustibile solare) e nel processo di pulizia dell'aria.

"L'obiettivo è quello di continuare a ottimizzare l'approccio in modo da poter creare maggiori quantità di carbonio ridotto in modo che sia più efficiente", ha dichiarato Uribe-Romo.

Vuole vedere se le altre lunghezze d'onda della luce visibile possono anche innescare la reazione con le regolazioni del materiale sintetico. Se funziona, il processo potrebbe essere un modo significativo per contribuire a ridurre i gas a effetto serra.

"L'idea sarebbe quella di installare stazioni che catturano grandi quantità di CO2, come accanto a una centrale elettrica: il gas sarebbe stato risucchiato nella stazione, attraversato il processo e avrebbe ricilato riciclato i gas a effetto serra, producendo energia che sarebbe stata riportata alla centrale elettrica ".

Forse un giorno i proprietari di case potrebbero acquistare un tetto di scandole fatto del materiale oggetto della ricerca, che avrebbe pulito l'aria nel loro quartiere, mentre produrrebbe energia che potrebbe essere utilizzato per alimentare le loro case.

"Ci vorrebbe l'arrivo di nuove tecnologie e infrastrutture", ha dichiarato Uribe-Romo. "Ma può essere possibile che ciò accada".

Da:

https://www.sciencedaily.com/releases/2017/04/170425102529.htm