Newswise – A gazdaságot tápláló szén-alapú üzemanyagok iránti növekvő kereslet továbbra is növeli a levegőben lévő szén-dioxid (CO2) mennyiségét. Bár erőfeszítéseket tesznek a CO2-kibocsátás csökkentésére, ez nem enyhíti a légkörben már lévő gáz káros hatásait. Ezért a kutatók kreatív módszereket dolgoztak ki a légköri CO2 felhasználására értékes anyagokká, például hangyasavvá (HCOOH) és metanollá alakítva. A CO2 fotoredukciója fotokatalizátorokkal, látható fényt katalizátorként használva, népszerű módszer az ilyen átalakításokra.
A legújabb áttörésről, amelyet az Angewandte Chemie 2023. május 8-i nemzetközi kiadásában jelentettek be, Kazuhiko Maeda professzor és kutatócsoportja a Tokiói Műszaki Intézetben jelentős előrelépést ért el. Sikeresen kifejlesztettek egy ón (Sn) fémorganikus vázat (MOF), amely elősegíti a CO2 szelektív fotoredukcióját. A nemrégiben bemutatott MOF a KGF-10 nevet kapta, kémiai képlete pedig [SnII2(H3ttc)2.MeOH]n (H3ttc: tritiocianursav, MeOH: metanol). Látható fény felhasználásával a KGF-10 hatékonyan alakítja a CO2-t hangyasavvá (HCOOH). Maeda professzor elmagyarázta: „A mai napig számos, ritka és nemesfémeken alapuló, nagy hatékonyságú fotokatalizátort fejlesztettek ki a CO2 csökkentésére. A fényelnyelő és katalitikus funkciók integrálása egyetlen, nagyszámú fémből álló molekuláris egységbe azonban továbbra is kihívást jelent.” Így az Sn ideális jelöltnek bizonyult e két akadály leküzdésére.
A fémek és a szerves anyagok előnyeit ötvöző MOF-okat a ritkaföldfémeken alapuló hagyományos fotokatalizátorok környezetbarátabb alternatívájaként vizsgálják. Az ón, amely kettős szerepéről ismert, mint katalizátor és fényelnyelő a fotokatalizátor folyamatokban, potenciálisan életképes alternatívát jelenthet a MOF-alapú fotokatalizátorok számára. Bár a cirkóniumból, vasból és ólomból álló MOF-okat széles körben tanulmányozták, az ónalapú MOF-ok ismerete még mindig korlátozott. További vizsgálatokra és tanulmányokra van szükség az ónalapú MOF-ok fotokatalízis területén rejlő lehetőségeinek és potenciális alkalmazásainak teljes körű feltárásához.
Az ónalapú MOF KGF-10 szintéziséhez a kutatók kiindulási komponensként H3ttc-t (tritiocianursavat), MeOH-t (metanolt) és ón-kloridot használtak. Elektrondonorként és hidrogénforrásként 1,3-dimetil-2-fenil-2,3-dihidro-1H-benzo[d]imidazolt választottak. A szintézis után a kapott KGF-10-et különböző analitikai módszereknek vetették alá. Ezek a vizsgálatok azt mutatták, hogy az anyag mérsékelt CO2 adszorpciós kapacitással rendelkezik, 2,5 eV sávszélességgel és hatékony abszorpcióval a látható hullámhossztartományban.
Az új anyag fizikai és kémiai tulajdonságainak ismeretében a tudósok azt használták a szén-dioxid látható fény általi redukciójának katalizálására. A kutatók figyelemre méltó módon azt találták, hogy a KGF-10 akár 99%-os szelektivitással is képes CO2-formiáttá (HCOO-) konverziót elérni bármilyen kiegészítő fotoszenzibilizátor vagy katalizátor nélkül. Ezenkívül a KGF-10 példátlanul magas látszólagos kvantumhozamot mutatott – a fotonok felhasználásának hatékonyságát méri –, amely 400 nm-en elérte a 9,8%-os értéket. Figyelemre méltó, hogy a fotokatalitikus reakció során végzett szerkezeti elemzés kimutatta, hogy a KGF-10 szerkezeti módosuláson megy keresztül a redukciós folyamat elősegítése érdekében.
Ez az úttörő kutatás egy nagy teljesítményű, ón alapú KGF-10 fotokatalizátort mutat be, amely nemesfémek nélkül, egyirányú katalizátorként működik a CO2 látható fény általi formiáttá történő redukciójához. A KGF-10 ebben a tanulmányban bemutatott figyelemre méltó tulajdonságai forradalmasíthatják fotokatalizátorként való alkalmazását számos alkalmazásban, beleértve a napenergia CO2-csökkentését is. Maeda professzor így összegzi: „Eredményeink azt mutatják, hogy az MOF-ok platformként szolgálhatnak a kiváló fotokatalitikus képességek fejlesztéséhez a Földön található nem mérgező, költséghatékony és bőségesen előforduló fémek, gyakran molekuláris fémkomplexek felhasználásával. Ez a felfedezés új lehetőségeket nyit meg a fotokatalízis területén, és utat nyit a Föld erőforrásainak fenntartható és hatékony felhasználása előtt.
A Newswise hozzáférést biztosít az újságíróknak a legfrissebb hírekhez, valamint platformot biztosít az egyetemek, intézmények és újságírók számára, hogy a legfrissebb híreket eljuttassák közönségükhöz.