Vijesti – Rastuća potražnja za gorivima na bazi ugljika za podsticanje ekonomije nastavlja povećavati količinu ugljičnog dioksida (CO2) u zraku. Iako se ulažu napori za smanjenje emisija CO2, to ne ublažava štetne učinke plina koji je već prisutan u atmosferi. Stoga su istraživači osmislili kreativne načine korištenja atmosferskog CO2 pretvarajući ga u vrijedne tvari poput mravlje kiseline (HCOOH) i metanola. Fotoredukcija CO2 pomoću fotokatalizatora koji koriste vidljivu svjetlost kao katalizator popularna je metoda za takve konverzije.
U najnovijem otkriću, objavljenom u međunarodnom izdanju časopisa Angewandte Chemie od 8. maja 2023. godine, profesor Kazuhiko Maeda i njegov istraživački tim na Tokijskom institutu za tehnologiju postigli su značajan napredak. Uspješno su razvili metal-organski okvir (MOF) od kalaja (Sn) koji promovira selektivnu fotoredukciju CO2. Nedavno predstavljeni MOF nazvan je KGF-10, a njegova hemijska formula je [SnII2(H3ttc)2.MeOH]n (H3ttc: tritiocijanurna kiselina, MeOH: metanol). Koristeći vidljivu svjetlost, KGF-10 efikasno pretvara CO2 u mravlju kiselinu (HCOOH). Profesor Maeda je objasnio: „Do danas je razvijeno mnogo visoko efikasnih fotokatalizatora za redukciju CO2 na bazi rijetkih i plemenitih metala. Međutim, integriranje funkcija apsorpcije svjetlosti i katalitičkih funkcija u jednu molekularnu jedinicu sastavljenu od velikog broja metala ostaje izazov.“ Stoga se Sn pokazao kao idealan kandidat za prevazilaženje ove dvije prepreke.
MOF-ovi, koji kombiniraju prednosti metala i organskih materijala, istražuju se kao zelenija alternativa tradicionalnim fotokatalizatorima baziranim na rijetkim zemnim metalima. Sn, poznat po svojoj dvostrukoj ulozi katalizatora i apsorbera svjetlosti u fotokatalizatorskim procesima, potencijalno bi mogao biti održiva opcija za fotokatalizatore bazirane na MOF-u. Iako su MOF-ovi sastavljeni od cirkonijuma, željeza i olova opsežno proučavani, razumijevanje MOF-ova baziranih na Sn je još uvijek ograničeno. Potrebna su daljnja istraživanja kako bi se u potpunosti istražile mogućnosti i potencijalne primjene MOF-ova baziranih na Sn u području fotokatalize.
Za sintezu MOF-a KGF-10 na bazi kalaja, istraživači su koristili H3ttc (tritiocijanurnu kiselinu), MeOH (metanol) i kalaj hlorid kao početne komponente. Odabrali su 1,3-dimetil-2-fenil-2,3-dihidro-1H-benzo[d]imidazol kao donor elektrona i izvor vodonika. Nakon sinteze, dobijeni KGF-10 je podvrgnut raznim analitičkim metodama. Ovi testovi su pokazali da materijal ima umjeren kapacitet adsorpcije CO2 sa energetskim procjepom od 2,5 eV i efektivnu apsorpciju u vidljivom opsegu talasnih dužina.
Naoružani znanjem o fizičkim i hemijskim svojstvima novog materijala, naučnici su ga koristili za kataliziranje redukcije ugljičnog dioksida vidljivom svjetlošću. Značajno je da su istraživači otkrili da KGF-10 postiže konverziju CO2 u format (HCOO-) sa selektivnošću do 99% bez ikakvog pomoćnog fotosenzibilizatora ili katalizatora. Osim toga, KGF-10 je pokazao neviđeno visok prividni kvantni prinos – mjeru efikasnosti korištenja fotona – dostižući vrijednost od 9,8% na 400 nm. Značajno je da je strukturna analiza provedena tokom fotokatalitičke reakcije pokazala da KGF-10 prolazi kroz strukturnu modifikaciju kako bi pomogao u procesu redukcije.
Ovo revolucionarno istraživanje predstavlja visokoučinkoviti fotokatalizator KGF-10 na bazi kalaja, bez potrebe za plemenitim metalima kao jednosmjernim katalizatorom za redukciju CO2 u formijat vidljivom svjetlošću. Izvanredna svojstva KGF-10 demonstrirana u ovoj studiji mogla bi revolucionirati njegovu upotrebu kao fotokatalizatora u raznim primjenama, uključujući smanjenje CO2 sunčevom svjetlošću. Profesor Maeda zaključuje: „Naši rezultati pokazuju da MOF-ovi mogu poslužiti kao platforma za razvoj superiornih fotokatalitičkih sposobnosti korištenjem netoksičnih, isplativih i obilnih metala koji se nalaze na Zemlji, a koji su često molekularni metalni kompleksi. Nedostižno.“ Ovo otkriće otvara nove mogućnosti, nove horizonte u oblasti fotokatalize i utire put održivom i efikasnom korištenju Zemljinih resursa.
Newswise pruža novinarima pristup najnovijim vijestima i platformu univerzitetima, institucijama i novinarima za distribuciju najnovijih vijesti svojoj publici.