Altamente eficiente, libre de metales nobles, CO2 totalmente acuoso sensibilizado por una tintura orgánica robusta

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La fotoquímica
• Catálisis

Sus antecedentes:

• El desarrollo de sistemas de fotorreducción de CO2 eficientes, selectivos y duraderos en soluciones acuosas es un desafío debido a la baja concentración de CO2 y la competencia de la evolución del H2, especialmente sin metales nobles.
• Los tintes orgánicos con excelentes propiedades fotofísicas y fotorreductivas son cruciales para la fotocatálisis.
• Los fotosensibilizantes solubles en agua son necesarios para las transformaciones químicas sostenibles en medios acuosos.

Objetivo del estudio:

• Diseñar y sintetizar un nuevo fotosensibilizador orgánico soluble en agua para una fotorreducción eficiente de CO2.
• Investigar el rendimiento del fotosensibilizador desarrollado en combinación con un catalizador de cobalto para la conversión de CO2 a CO.
• Evaluar la selectividad, durabilidad y rendimientos cuánticos del sistema libre de metales nobles en condiciones acuosas.

Principales métodos:

• Decoración fácil de cuatro grupos de ácido fosfónico en un colorante orgánico de tipo donante-aceptante para crear un fotosensibilizador soluble en agua (4P-DPAIPN).
• Combinación de 4P-DPAIPN con un catalizador catiónico de porfirina de cobalto para la fotorreducción del CO2.
• Caracterización de las propiedades fotofísicas, incluida la duración de la fluorescencia retardada.
• Evaluación de los rendimientos cuánticos aparentes, la selectividad y los números de rotación para la conversión de CO2 a CO bajo luz visible y luz solar simulada.

Principales resultados:

• El 4P-DPAIPN sintetizado exhibió excelentes propiedades fotofísicas, incluida la fluorescencia retardada de larga duración (> 10 μs) en soluciones acuosas.
• El sistema 4P-DPAIPN/porfirina de cobalto logró rendimientos cuánticos aparentes récord del 9,4-17,4% para la fotoconversión de CO2 a CO en soluciones totalmente acuosas, superando a los sistemas existentes.
• Se logró una alta selectividad (82-93%) y un volumen de negocios de 2700 para la producción de CO con este sistema libre de metales nobles.
• El sistema demostró una notable estabilidad bajo fotocatálisis prolongada y radiación solar real, sin que se detectara una descomposición significativa de 4P-DPAIPN.

Conclusiones:

• El nuevo fotosensibilizador orgánico hidrosoluble 4P-DPAIPN, combinado con un catalizador de cobalto, proporciona un sistema eficiente, selectivo y duradero sin metales nobles para la fotorreducción de CO2 en soluciones acuosas.
• Este sistema ofrece una alternativa prometedora a los fotocatalizadores basados en metales nobles para la conversión sostenible de CO2.
• El estudio aclara el potencial de los tintes orgánicos a medida en el avance de las tecnologías de reducción de CO2 fotocatalíticas.