Dvojno delujoči Nb2O5 in Nb2O5-TiO2 materiali za sočasno redukcijo CO2 in oksidacijo organskih snovi v spojine z dodano vrednostjo

Fosilna goriva so še vedno vodilni vir energije na svetu, ki predstavljajo glavni vir emisij CO2. Naraščajoča koncentracija CO2 v ozračju je vse večja skrb zaradi vpliva na podnebje in velja za vodili vzrok podnebnih sprememb. Za ublažitev negativnega vpliva toplogrednih plinov je nujno potrebno zmanjšati emisije CO2 in po možnosti zmanjšati tudi obstoječo koncentracijo CO2 v ozračju. Uporaba alternativnih virov energije je obetavna rešitev tega problema. S sončno svetlobo dobimo na Zemljo dovolj energije, da bi lahko z uporabo le dela zadovoljili vse naše trenutne potrebe po energiji. Sončno svetlobo lahko v uporabne kemikalije pretvorimo s fotokatalizo z uporabo materiala, ki katalizira določene reakcije, ko je izpostavljen obsevanju – fotokatalizatorja. Fotokatalitična redukcija CO2 v energijsko bogate spojine (metan, metanol in etanol) ne pretvori le sončne svetlobe v kemično energijo, ampak ima tudi dodatno prednost zmanjšanja obstoječe koncentracije CO2 v ozračju. Medtem ko ima reakcija redukcije CO2 samo s fotokatalizo dva pozitivna učinka, ostaja reakcija oksidacije s fotogeneriranimi luknjami neizkoriščena. S primerno strukturo fotokatalizatorja pa je mogoče oksidacijo z elektronskimi vrzelmi uporabiti za proizvodnjo organskih spojin z dodano vrednostjo, medtem ko se s fotogeneriranimi elektroni CO2 pretvarja v energijsko bogate spojine. Raziskave fotokatalitsko aktivnih materialov so v zadnjih desetletjih pripeljale do mnogih novih spoznanj in materialov. Kljub temu pa še vedno ostajajo nekateri nerešeni izzivi, in sicer: nizka učinkovitost pretvorbe v želene produkte, nizka absorpcija vidne svetlobe (in s tem nizka učinkovitost) in nizka selektivnost kataliziranih reakcij. Te težave bomo naslovili v projektu z razvojem novih fotokatalizatorjev sočasno redukcijo CO2 in oksidacijo alkoholov v spojine z dodano vrednostjo. V ta namen bomo pripravili in raziskali: 1) trdne in mezoporozne nanodelce Nb2O5s kokatalizatorji nežlahtnih kovin, 2) votle krogle Nb2O5in TiO2 s prostorsko ločenimi redukcijskimi in oksidacijskimi kokatalizatorji in 3) heterospoji Nb2O5-TiO2. Raziskali bomo vpliv parametrov sinteze in postsinteznih modifikacij na lastnosti fotokatalizatorjev ter na aktivnost in selektivnost pri redukciji CO2 v energijsko bogate spojine in oksidaciji alkoholov v spojine z dodano vrednostjo. Raziskave, ki bodo podprte s simulacijami z uporabo DFT, nam bodo omogočile vzpostavitev razmerja med strukturo, lastnostmi in aktivnostjo pripravljenih fotokatalizatorjev ter tako prispevale k razumevanju in razvoju fotokatalizatorjev ter pri prenosu iz laboratorijev v realne aplikacije.