Newswise – Нарастващото търсене на горива на основата на въглерод за захранване на икономиката продължава да увеличава количеството въглероден диоксид (CO2) във въздуха. Въпреки че се полагат усилия за намаляване на емисиите на CO2, това не смекчава вредните ефекти на газа, който вече се намира в атмосферата. Затова изследователите са измислили креативни начини за използване на атмосферния CO2, като го превръщат в ценни вещества като мравчена киселина (HCOOH) и метанол. Фоторедукция на CO2 с помощта на фотокатализатори, използващи видима светлина като катализатор, е популярен метод за такива преобразувания.
В последния пробив, разкрит в международното издание на Angewandte Chemie от 8 май 2023 г., професор Казухико Маеда и неговият изследователски екип в Токийския технологичен институт постигнаха значителен напредък. Те успешно разработиха металоорганична рамка (MOF) на основата на калай (Sn), която насърчава селективната фоторедукция на CO2. Наскоро представената MOF е наречена KGF-10, а химичната ѝ формула е [SnII2(H3ttc)2.MeOH]n (H3ttc: тритиоцианурова киселина, MeOH: метанол). Използвайки видима светлина, KGF-10 ефективно преобразува CO2 в мравчена киселина (HCOOH). Професор Маеда обясни: „Към днешна дата са разработени много високоефективни фотокатализатори за редукция на CO2, базирани на редки и благородни метали. Интегрирането на функции, абсорбиращи светлината и каталитични функции, в една единствена молекулна единица, съставена от голям брой метали, обаче остава предизвикателство.“ По този начин, Sn се оказа идеален кандидат за преодоляване на тези две препятствия.
MOF (метал-оксидни структури), които съчетават предимствата на металите и органичните материали, се проучват като по-екологична алтернатива на традиционните фотокатализатори, базирани на редкоземни метали. Sn (оловото олово), известен с двойната си роля на катализатор и абсорбатор на светлина във фотокаталитичните процеси, би могъл да бъде жизнеспособна опция за фотокатализатори на базата на MOF. Въпреки че MOF, съставени от цирконий, желязо и олово, са обстойно проучени, разбирането за MOF на базата на Sn все още е ограничено. Необходими са допълнителни проучвания, за да се проучат напълно възможностите и потенциалните приложения на MOF на базата на Sn в областта на фотокатализа.
За да синтезират калаен MOF KGF-10, изследователите са използвали H3ttc (тритиоцианурова киселина), MeOH (метанол) и калаен хлорид като изходни компоненти. Те са избрали 1,3-диметил-2-фенил-2,3-дихидро-1H-бензо[d]имидазол като донор на електрони и източник на водород. След синтеза полученият KGF-10 е подложен на различни аналитични методи. Тези тестове показват, че материалът има умерен капацитет за адсорбция на CO2 с ширина на забранената зона от 2,5 eV и ефективно поглъщане във видимия диапазон на дължината на вълната.
Въоръжени с познания за физичните и химичните свойства на новия материал, учените го използваха, за да катализират редукцията на въглероден диоксид чрез видима светлина. Забележително е, че изследователите откриха, че KGF-10 постига превръщане на CO2 във формиат (HCOO-) с до 99% селективност без никакъв спомагателен фотосенсибилизатор или катализатор. Освен това, KGF-10 демонстрира безпрецедентно висок видим квантов добив – мярка за ефективността на използване на фотони – достигайки стойност от 9,8% при 400 nm. Забележително е, че структурният анализ, извършен по време на фотокаталитичната реакция, показа, че KGF-10 претърпява структурна модификация, която подпомага процеса на редукция.
Това новаторско изследване представя високоефективен фотокатализатор на калаена основа KGF-10, без необходимост от благородни метали като еднопосочен катализатор за редукцията на CO2 до формиат чрез видима светлина. Забележителните свойства на KGF-10, демонстрирани в това проучване, биха могли да революционизират използването му като фотокатализатор в различни приложения, включително намаляване на CO2 чрез слънчева енергия. Професор Маеда заключава: „Нашите резултати показват, че MOF могат да служат като платформа за разработване на превъзходни фотокаталитични възможности, използвайки нетоксичните, рентабилни и изобилни метали, открити на Земята, които често са молекулярни метални комплекси. Недостижимо.“ Това откритие отваря нови възможности, нови хоризонти в областта на фотокатализа и проправя пътя за устойчиво и ефективно използване на ресурсите на Земята.
Newswise предоставя на журналистите достъп до актуални новини и платформа за университети, институции и журналисти, за да разпространяват актуални новини сред своята аудитория.