Newswise – Den stigende efterspørgsel efter kulstofbaserede brændstoffer til at drive økonomien fortsætter med at øge mængden af ​​kuldioxid (CO2) i luften. Selvom der gøres en indsats for at reducere CO2-udledningen, mindsker dette ikke de skadelige virkninger af den gas, der allerede er i atmosfæren. Derfor har forskere fundet kreative måder at bruge atmosfærisk CO2 på ved at omdanne den til værdifulde stoffer som myresyre (HCOOH) og methanol. Fotoreduktion af CO2 ved hjælp af fotokatalysatorer, der bruger synligt lys som katalysator, er en populær metode til sådanne omdannelser.
I det seneste gennembrud, der blev afsløret i den internationale udgave af Angewandte Chemie den 8. maj 2023, har professor Kazuhiko Maeda og hans forskerteam ved Tokyo Institute of Technology gjort betydelige fremskridt. De har med succes udviklet et tin (Sn) metalorganisk rammeværk (MOF), der fremmer selektiv fotoreduktion af CO2. Den nyligt introducerede MOF blev kaldt KGF-10, og dens kemiske formel er [SnII2(H3ttc)2.MeOH]n (H3ttc: trithiocyanursyre, MeOH: methanol). Ved hjælp af synligt lys omdanner KGF-10 effektivt CO2 til myresyre (HCOOH). Professor Maeda forklarede: "Til dato er der udviklet mange yderst effektive fotokatalysatorer til CO2-reduktion baseret på sjældne og ædle metaller. Det er dog fortsat en udfordring at integrere lysabsorberende og katalytiske funktioner i en enkelt molekylær enhed bestående af et stort antal metaller." Sn viste sig således at være en ideel kandidat til at overvinde disse to forhindringer.
MOF'er, der kombinerer fordelene ved metaller og organiske materialer, udforskes som et grønnere alternativ til traditionelle fotokatalysatorer baseret på sjældne jordartsmetaller. Sn, kendt for sin dobbelte rolle som katalysator og lysabsorber i fotokatalysatorprocesser, kunne potentielt være en levedygtig mulighed for MOF-baserede fotokatalysatorer. Selvom MOF'er bestående af zirconium, jern og bly er blevet grundigt undersøgt, er forståelsen af ​​Sn-baserede MOF'er stadig begrænset. Yderligere undersøgelser er nødvendige for fuldt ud at udforske mulighederne og potentielle anvendelser af Sn-baserede MOF'er inden for fotokatalyse.
For at syntetisere tinbaseret MOF KGF-10 brugte forskerne H3ttc (trithiocyanursyre), MeOH (methanol) og tinchlorid som udgangskomponenter. De valgte 1,3-dimethyl-2-phenyl-2,3-dihydro-1H-benzo[d]imidazol som elektrondonor og hydrogenkilde. Efter syntesen blev den opnåede KGF-10 underkastet forskellige analytiske metoder. Disse tests viste, at materialet har en moderat CO2-adsorptionskapacitet med et båndgab på 2,5 eV og effektiv absorption i det synlige bølgelængdeområde.
Bevæbnet med viden om de fysiske og kemiske egenskaber ved det nye materiale, brugte forskerne det til at katalysere reduktionen af ​​kuldioxid ved hjælp af synligt lys. Det er værd at bemærke, at forskerne fandt, at KGF-10 opnår CO2 til formiat (HCOO-) omdannelse med op til 99% selektivitet uden nogen form for ekstra fotosensibilisator eller katalysator. Derudover udviste KGF-10 et hidtil uset højt tilsyneladende kvanteudbytte – et mål for effektiviteten af ​​at bruge fotoner – der nåede en værdi på 9,8% ved 400 nm. Det er værd at bemærke, at strukturanalyse udført under den fotokatalytiske reaktion viste, at KGF-10 undergår en strukturel modifikation for at hjælpe med reduktionsprocessen.
Denne banebrydende forskning præsenterer en højtydende tinbaseret fotokatalysator, KGF-10, uden behov for ædelmetaller som envejskatalysator til reduktion af CO2 til formiat ved hjælp af synligt lys. De bemærkelsesværdige egenskaber ved KGF-10, der er demonstreret i denne undersøgelse, kan revolutionere dens anvendelse som fotokatalysator i en række forskellige anvendelser, herunder reduktion af CO2 fra solen. Professor Maeda konkluderer: "Vores resultater tyder på, at MOF'er kan tjene som en platform for udvikling af overlegne fotokatalytiske egenskaber gennem brug af ikke-giftige, omkostningseffektive og rigelige metaller, der findes på Jorden, og som ofte er molekylære metalkomplekser. Uopnåelige." Denne opdagelse åbner nye muligheder og horisonter inden for fotokatalyse og baner vejen for en bæredygtig og effektiv udnyttelse af Jordens ressourcer.
Newswise giver journalister adgang til breaking news og en platform for universiteter, institutioner og journalister til at distribuere breaking news til deres publikum.