https://www.sciencedaily.com/releases/2017/06/170613102038.htm
בעקבות עבודתו רבת ההשפעה של חתן פרס הנובל Jean-Marie Lehn, ואחרים בשנות ה-80', photocatalysts (חומרים הממירים אור לאנרגיה) נחקרו באופן נרחב כאמצעי יעיל לפירוק פחמן דו חמצני (CO2) למולקולות שימושיות ועתירות באנרגיה. בהשוואה לגישות קונבנציונאליות (לדוגמה קטליזה תרמית), יתרונם של ה-photocatalysts הוא בכך שהם לא דורשים תנאי סביבה "יקרים" כגון טמפרטורות גבוהות ולחצים גבוהים.
קבוצת מחקר בהובלת Kazuhiko Maeda ב- Tokyo Institute of Technology פיתחה חומר המסוגל לחזר פחמן דו-חמצני בסלקטיביות (Selectivity) של 99% ועם Turnover number של יותר מ- 2000. מדובר בביצועים הטובים ביותר שהתקבלו בהשוואה לשיטות קיימות אחרות, וכן בתוצאות הגבוהות ביותר שנרשמו תחת האור הנראה (visible light) בתוך מים.
החומר החדש, אשר פורסם בכתב העת Angewandte Chemie, הנו בעל שטח פנים גדול המורכב מננו-יריעות (nanosheets) העשויות carbon nitride (תרכובות של פחמן וחנקן), אשר משולבות עם מבנה מתכת המכונה binuclear ruthenium(II) complex (RuRu). יש לציין, כי למרות שישנם קומפלקסים שונים של מתכת הידועים ביכולתם לעודד חיזור פחמן דו-חמצני, לפי פרופסור Maeda קומפלקס ה-RuRu הוא "בעל הביצועים הטובים ביותר" כיום. עם זאת, לטענתו קומפלקס ה-RuRu יצטרך להיות מוחלף בעתיד בחומרים מקבילים שאינם כוללים מתכות נדירות ויקרות.
ייחודיותו של החומר נובעת ממידת ההיקשרות של ה- RuRu לשטח הפנים של הננו-יריעות. קישור חזק משפר את מעבר האלקטרונים, אשר בתורו משפר את חיזור הפחמן הדו-חמצני. במחקר שבוצע, יותר מ-70% מה- RuRu נמצא קשור לננו-יריעות. לפי פרופסור Maeda מדובר בתוצאה חסרת תקדים, לאור העובדה ששטח תרכובות ה- carbon nitride נתפס כאינרטי (ולא ריאקטיבי) מבחינה כימית. לדבריו זו הייתה הפתעה גדולה . בנוסף, במטרה לשפר את הביצועים של החומר, קבוצת המחקר שילבה בננו-יריעות כסף (silver), אשר הנו בעל תפקיד משמעותי בשיפור יעילות לכידת והעברת האלקטרונים.
מחקר זה, בהובלת פרופסור Maeda פתח הזדמנויות חדשות לשימוש ב- photocatalysts המבוססים על carbon nitride, לאור יכולתם לפעול לא רק במים, אלא גם במגוון ממסים אורגניים. את הממסים האורגניים ניתן להמיר לכימיקלים בעלי ערך מוסף, כגון אלדהידים (Aldehydes) בתעשייה הכימית.
אם עד לא מזמן, חיזור יעיל של פחמן דו-חמצני במים תחת האור הנראה, נראה כמשימה בלתי אפשרית…התוצאות החדשות מדגימות בבהירות כי הדבר אפשרי, גם באמצעות שימוש בחומר זול יחסית המורכב מ-carbon nitride.
אחד האתגרים הבאים לקבוצת המחקר של פרופסור Maeda הוא תכנון של photocatalysts אשר יכילו מתכות המצויות בשפע באדמה, כדוגמת ברזל ונחושת, במקום המתכת הנדירה ruthenium המשולבת כיום בחומר שפיתחו.
יש לציין, כי מחקר זה משתלב ומהווה צעד נוסף בקידום "פוטוסינתזה מלאכותית", תחום מחקר העוסק בתכנון מערכות המסוגלות לשכפל את התהליך הטבעי של שימוש באור השמש, מים ופחמן דו-חמצני לייצור אנרגיה בת-קיימא. תחום מחקר זה הנו בעל פוטנציאל גדול, מכיוון שהוא עשוי לאפשר לראשונה ייצור דלק מאנרגיית השמש, אך לאור הפערים המחקריים מחקר זה נמצא שנים רבות בשלב התיאורטי בלבד.
