Novice – Naraščajoče povpraševanje po gorivih na osnovi ogljika za pogon gospodarstva še naprej povečuje količino ogljikovega dioksida (CO2) v zraku. Čeprav si prizadevamo za zmanjšanje emisij CO2, to ne zmanjšuje škodljivih učinkov plina, ki je že v ozračju. Zato so raziskovalci iznašli ustvarjalne načine za uporabo atmosferskega CO2 s pretvorbo v dragocene snovi, kot sta mravljinčna kislina (HCOOH) in metanol. Fotoredukcija CO2 z uporabo fotokatalizatorjev, ki uporabljajo vidno svetlobo kot katalizator, je priljubljena metoda za takšne pretvorbe.
V najnovejšem preboju, ki je bil 8. maja 2023 objavljen v mednarodni izdaji revije Angewandte Chemie, sta profesor Kazuhiko Maeda in njegova raziskovalna ekipa na Tokijskem tehnološkem inštitutu dosegla pomemben napredek. Uspešno sta razvila kovinsko-organsko ogrodje (MOF) iz kositra (Sn), ki spodbuja selektivno fotoredukcijo CO2. Nedavno predstavljeni MOF so poimenovali KGF-10, njegova kemijska formula pa je [SnII2(H3ttc)2.MeOH]n (H3ttc: tritiocianurna kislina, MeOH: metanol). Z uporabo vidne svetlobe KGF-10 učinkovito pretvarja CO2 v mravljinčno kislino (HCOOH). Profesor Maeda je pojasnil: »Do danes je bilo razvitih veliko zelo učinkovitih fotokatalizatorjev za redukcijo CO2 na osnovi redkih in plemenitih kovin. Vendar pa ostaja integracija funkcij absorpcije svetlobe in katalitičnih funkcij v eno samo molekularno enoto, sestavljeno iz velikega števila kovin, izziv.« Tako se je Sn izkazal za idealnega kandidata za premagovanje teh dveh ovir.
MOF-ji, ki združujejo prednosti kovin in organskih materialov, se raziskujejo kot bolj zelena alternativa tradicionalnim fotokatalizatorjem na osnovi redkih zemeljskih kovin. Sn, znan po svoji dvojni vlogi katalizatorja in absorberja svetlobe v fotokatalitičnih procesih, bi lahko bil potencialno izvedljiva možnost za fotokatalizatorje na osnovi MOF-jev. Čeprav so bili MOF-ji, sestavljeni iz cirkonija, železa in svinca, obsežno preučeni, je razumevanje MOF-jev na osnovi Sn še vedno omejeno. Potrebne so nadaljnje študije, da bi v celoti raziskali možnosti in potencialne uporabe MOF-jev na osnovi Sn na področju fotokatalize.
Za sintezo MOF KGF-10 na osnovi kositra so raziskovalci kot izhodne komponente uporabili H3ttc (tritiocianurno kislino), MeOH (metanol) in kositrov klorid. Kot donor elektronov in vir vodika so izbrali 1,3-dimetil-2-fenil-2,3-dihidro-1H-benzo[d]imidazol. Po sintezi je bil dobljeni KGF-10 podvržen različnim analitskim metodam. Ti testi so pokazali, da ima material zmerno adsorpcijsko sposobnost CO2 z vrzeljo v pasu 2,5 eV in učinkovito absorpcijo v vidnem valovnem območju.
Znanstveniki so s poznavanjem fizikalnih in kemijskih lastnosti novega materiala le-tega uporabili za kataliziranje redukcije ogljikovega dioksida z vidno svetlobo. Raziskovalci so ugotovili, da KGF-10 doseže pretvorbo CO2 v format (HCOO-) z do 99-odstotno selektivnostjo brez pomožnega fotosenzibilizatorja ali katalizatorja. Poleg tega je KGF-10 pokazal izjemno visok navidezni kvantni izkoristek – merilo učinkovitosti uporabe fotonov – ki je pri 400 nm dosegel vrednost 9,8 %. Strukturna analiza, opravljena med fotokatalitično reakcijo, je pokazala, da se KGF-10 strukturno spremeni, da pomaga pri procesu redukcije.
Ta prelomna raziskava predstavlja visoko zmogljiv fotokatalizator KGF-10 na osnovi kositra, ki ne potrebuje žlahtnih kovin kot enosmernega katalizatorja za redukcijo CO2 v format z vidno svetlobo. Izjemne lastnosti KGF-10, dokazane v tej študiji, bi lahko revolucionirale njegovo uporabo kot fotokatalizatorja v različnih aplikacijah, vključno z redukcijo CO2 s sončno svetlobo. Profesor Maeda zaključuje: »Naši rezultati kažejo, da lahko MOF-ji služijo kot platforma za razvoj vrhunskih fotokatalitskih zmogljivosti z uporabo nestrupenih, stroškovno učinkovitih in obilnih kovin, ki jih najdemo na Zemlji in so pogosto molekularni kovinski kompleksi. Nedosegljivo.« To odkritje odpira nove možnosti, nova obzorja na področju fotokatalize in utira pot trajnostni in učinkoviti rabi zemeljskih virov.
Newswise novinarjem omogoča dostop do najnovejših novic in platformo, ki univerzam, ustanovam in novinarjem omogoča distribucijo najnovejših novic svojemu občinstvu.