Newswise – Cererea tot mai mare de combustibili pe bază de carbon pentru alimentarea economiei continuă să crească cantitatea de dioxid de carbon (CO2) din aer. Deși se depun eforturi pentru a reduce emisiile de CO2, acest lucru nu atenuează efectele nocive ale gazului deja prezent în atmosferă. Așadar, cercetătorii au venit cu modalități creative de a utiliza CO2-ul atmosferic prin transformarea acestuia în substanțe valoroase, cum ar fi acidul formic (HCOOH) și metanolul. Fotoreducerea CO2-ului folosind fotocatalizatori care utilizează lumina vizibilă drept catalizator este o metodă populară pentru astfel de conversii.
În cea mai recentă descoperire, dezvăluită în ediția internațională din 8 mai 2023 a revistei Angewandte Chemie, profesorul Kazuhiko Maeda și echipa sa de cercetare de la Institutul de Tehnologie din Tokyo au făcut progrese semnificative. Aceștia au dezvoltat cu succes un cadru metalo-organic (MOF) din staniu (Sn) care promovează fotoreducerea selectivă a CO2. MOF-ul introdus recent a fost numit KGF-10, iar formula sa chimică este [SnII2(H3ttc)2.MeOH]n (H3ttc: acid tritiocianuric, MeOH: metanol). Folosind lumina vizibilă, KGF-10 transformă eficient CO2 în acid formic (HCOOH). Profesorul Maeda a explicat: „Până în prezent, au fost dezvoltați mulți fotocatalizatori extrem de eficienți pentru reducerea CO2, bazați pe metale rare și nobile. Cu toate acestea, integrarea funcțiilor de absorbție a luminii și a celor catalitice într-o singură unitate moleculară compusă dintr-un număr mare de metale rămâne o provocare.” Astfel, Sn s-a dovedit a fi un candidat ideal pentru a depăși aceste două obstacole.
MOF-urile, care combină avantajele metalelor și materialelor organice, sunt explorate ca o alternativă mai ecologică la fotocatalizatorii tradiționali bazați pe metale de pământuri rare. Sn, cunoscut pentru rolul său dublu de catalizator și absorbant de lumină în procesele fotocatalitice, ar putea fi o opțiune viabilă pentru fotocatalizatorii pe bază de MOF. Deși MOF-urile compuse din zirconiu, fier și plumb au fost studiate pe larg, înțelegerea MOF-urilor pe bază de Sn este încă limitată. Sunt necesare studii suplimentare pentru a explora pe deplin posibilitățile și aplicațiile potențiale ale MOF-urilor pe bază de Sn în domeniul fotocatalizei.
Pentru a sintetiza MOF KGF-10 pe bază de staniu, cercetătorii au folosit H3ttc (acid tritiocianuric), MeOH (metanol) și clorură de staniu ca și componente de pornire. Au ales 1,3-dimetil-2-fenil-2,3-dihidro-1H-benzo[d]imidazol ca donor de electroni și sursă de hidrogen. După sinteză, KGF-10 obținut a fost supus diferitelor metode analitice. Aceste teste au arătat că materialul are o capacitate moderată de adsorbție a CO2, cu o bandă interzisă de 2,5 eV și o absorbție eficientă în domeniul vizibil de lungimi de undă.
Înarmați cu cunoștințe despre proprietățile fizice și chimice ale noului material, oamenii de știință l-au folosit pentru a cataliza reducerea dioxidului de carbon prin lumina vizibilă. În special, cercetătorii au descoperit că KGF-10 realizează conversia CO2 în formiat (HCOO-) cu o selectivitate de până la 99%, fără niciun fotosensibilizator sau catalizator auxiliar. În plus, KGF-10 a demonstrat un randament cuantic aparent fără precedent – ​​o măsură a eficienței utilizării fotonilor – atingând o valoare de 9,8% la 400 nm. În mod special, analiza structurală efectuată în timpul reacției fotocatalitice a arătat că KGF-10 suferă o modificare structurală pentru a ajuta la procesul de reducere.
Această cercetare inovatoare prezintă un fotocatalizator KGF-10 de înaltă performanță pe bază de staniu, fără a fi nevoie de metale nobile, ca și catalizator unidirecțional pentru reducerea CO2 la formiat prin lumina vizibilă. Proprietățile remarcabile ale KGF-10 demonstrate în acest studiu ar putea revoluționa utilizarea sa ca fotocatalizator într-o varietate de aplicații, inclusiv reducerea CO2 solar. Prof. Maeda concluzionează: „Rezultatele noastre indică faptul că MOF-urile pot servi drept platformă pentru dezvoltarea unor capacități fotocatalitice superioare prin utilizarea unor metale netoxice, rentabile și abundente găsite pe Pământ, care sunt adesea complexe metalice moleculare. De neatins.” Această descoperire deschide noi posibilități și orizonturi în domeniul fotocatalizei și deschide calea pentru utilizarea durabilă și eficientă a resurselor Pământului.
Newswise oferă jurnaliștilor acces la știri de ultimă oră și o platformă pentru universități, instituții și jurnaliști pentru a distribui știri de ultimă oră publicului lor.