Vědkyně a vědci z Chemické sekce Přírodovědecké fakulty UK pod vedením Pavly Eliášové ve spolupráci s Tomášem Hrbkem z Matematicko-fyzikální fakulty UK vyvinuli pokročilou fotokatodu, která pomáhá měnit skleníkový plyn oxid uhličitý na čistý etanol za pomoci slunečního světla.

Nová technologie řeší letitý problém rozpadu materiálu ve vodě, dosahuje rekordní účinnosti přeměny a otevírá cestu k udržitelné výrobě ekologických paliv..

Přeměna oxidu uhličitého CO₂ na užitečná paliva pomocí sluneční energie představuje svatý grál moderní zelené chemie. Zařízení, které tuto přeměnu umožňuje, se nazývá solární reaktor. Klíčovým prvkem je v něm fotokatoda:

materiál, který pohlcuje světlo a umožňuje chemickou reakci. Jako ideální materiál se dlouho jevil oxid měďný, protože je levný, dostupný a skvěle zachytává sluneční paprsky. V praxi však narážel na zásadní překážku:

ve vodním prostředí se pod vlivem světla extrémně rychle přeměňuje a rozpadá, podobně jako když železo podléhá rychlé korozi, a svou funkci ztratí už během desítek minut.

Tým z Chemické sekce PřF UK pod vedením Pavly Eliášové ve spolupráci s Tomášem Hrbkem z MFF UK tento problém vyřešil vytvořením unikátního „nano-sendviče“. Vědci zkombinovali oxid měďný s pokročilými dvourozměrnými materiály zvanými MXeny a přesně řízeným zahřátím vytvořili na jejich povrchu ultratenkou vrstvu oxidu titaničitého.

Takto upravený MXen dokáže z oxidu měďného bleskově odvést elektrický náboj a tím zpomalovat jeho rozklad. Zároveň náboj dál využije k přeměně oxidu uhličitého na kapalné palivo.

„Povrchově upravený MXen ve spojení s oxidem měďným nám umožnil spojit to nejlepší z obou materiálů. Měděný základ umožňuje maximální využití energie světla, zatímco vodivá konstrukce MXenu zajišťuje, že je materiál aktivní i po mnohahodinovém provozu,“ vysvětluje vedoucí výzkumného týmu Pavla Eliášová z Chemické sekce Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy v Praze.

Při laboratorních testech dosáhla nová fotokatoda rekordní účinnosti přeměny sluneční energie na etanol ve výši 2,74 %. Zásadním zlepšením je vznik pouze jednoho produktu. Zatímco jiné systémy často vytvářejí směs vedlejších produktů, materiál navržený výzkumným týmem produkuje jako jediný kapalný produkt čistý etanol, což výrazně zjednodušuje jeho potenciální průmyslové využití.

„Je to pro nás velký krok dopředu. V našem laboratorním měřítku systém funguje velmi dobře a produkuje etanol po mnoho hodin. V dalším kroku chceme ještě více upevnit stabilitu celé fotokatody a začít s testy ve větším měřítku a za skutečného denního světla,“ doplňuje fyzikální chemička Pavla Eliášová.