Newswise – Økende etterspørsel etter karbonbaserte drivstoffer for å drive økonomien fortsetter å øke mengden karbondioksid (CO2) i luften. Selv om det gjøres en innsats for å redusere CO2-utslipp, reduserer ikke dette de skadelige effektene av gassen som allerede er i atmosfæren. Derfor har forskere funnet kreative måter å bruke atmosfærisk CO2 på ved å omdanne den til verdifulle stoffer som maursyre (HCOOH) og metanol. Fotoreduksjon av CO2 ved bruk av fotokatalysatorer som bruker synlig lys som katalysator er en populær metode for slike omdannelser.
I det siste gjennombruddet, avslørt i den internasjonale utgaven av Angewandte Chemie 8. mai 2023, har professor Kazuhiko Maeda og hans forskerteam ved Tokyo Institute of Technology gjort betydelige fremskritt. De har med hell utviklet et metallorganisk rammeverk (MOF) av tinn (Sn) som fremmer selektiv fotoreduksjon av CO2. Den nylig introduserte MOF-en ble kalt KGF-10, og den kjemiske formelen er [SnII2(H3ttc)2.MeOH]n (H3ttc: tritiocyanursyre, MeOH: metanol). Ved hjelp av synlig lys omdanner KGF-10 effektivt CO2 til maursyre (HCOOH). Professor Maeda forklarte: «Til dags dato har mange svært effektive fotokatalysatorer for CO2-reduksjon basert på sjeldne og edle metaller blitt utviklet. Det er imidlertid fortsatt en utfordring å integrere lysabsorberende og katalytiske funksjoner i en enkelt molekylær enhet bestående av et stort antall metaller.» Dermed viste Sn seg å være en ideell kandidat for å overvinne disse to hindringene.
MOF-er, som kombinerer fordelene med metaller og organiske materialer, utforskes som et grønnere alternativ til tradisjonelle fotokatalysatorer basert på sjeldne jordartsmetaller. Sn, kjent for sin doble rolle som katalysator og lysabsorber i fotokatalysatorprosesser, kan potensielt være et levedyktig alternativ for MOF-baserte fotokatalysatorer. Selv om MOF-er bestående av zirkonium, jern og bly har blitt grundig studert, er forståelsen av Sn-baserte MOF-er fortsatt begrenset. Ytterligere studier og studier er nødvendig for å fullt ut utforske mulighetene og potensielle anvendelser av Sn-baserte MOF-er innen fotokatalyse.
For å syntetisere tinnbasert MOF KGF-10, brukte forskerne H3ttc (tritiocyanursyre), MeOH (metanol) og tinnklorid som utgangskomponenter. De valgte 1,3-dimetyl-2-fenyl-2,3-dihydro-1H-benzo[d]imidazol som elektrondonor og hydrogenkilde. Etter syntese ble den oppnådde KGF-10 utsatt for forskjellige analytiske metoder. Disse testene viste at materialet har en moderat CO2-adsorpsjonskapasitet med et båndgap på 2,5 eV og effektiv absorpsjon i det synlige bølgelengdeområdet.
Bevæpnet med kunnskap om de fysiske og kjemiske egenskapene til det nye materialet, brukte forskerne det til å katalysere reduksjonen av karbondioksid med synlig lys. Det er verdt å merke seg at forskerne fant at KGF-10 oppnår CO2 til formiat (HCOO-)-konvertering med opptil 99 % selektivitet uten noen ekstra fotosensibilisator eller katalysator. I tillegg viste KGF-10 et enestående høyt tilsynelatende kvanteutbytte – et mål på effektiviteten av å bruke fotoner – som nådde en verdi på 9,8 % ved 400 nm. Det er verdt å merke seg at strukturanalyse utført under den fotokatalytiske reaksjonen viste at KGF-10 gjennomgår en strukturell modifikasjon for å hjelpe til i reduksjonsprosessen.
Denne banebrytende forskningen presenterer en høytytende tinnbasert fotokatalysator, KGF-10, uten behov for edelmetaller som enveiskatalysator for reduksjon av CO2 til formiat ved hjelp av synlig lys. De bemerkelsesverdige egenskapene til KGF-10, demonstrert i denne studien, kan revolusjonere bruken som fotokatalysator i en rekke bruksområder, inkludert CO2-reduksjon fra solen. Professor Maeda konkluderer: «Resultatene våre indikerer at MOF-er kan tjene som en plattform for å utvikle overlegne fotokatalytiske egenskaper gjennom bruk av giftfrie, kostnadseffektive og rikelig forekommende metaller som finnes på jorden, og som ofte er molekylære metallkomplekser. Uoppnåelige.» Denne oppdagelsen åpner for nye muligheter innen fotokatalyse og baner vei for bærekraftig og effektiv bruk av jordens ressurser.
Newswise gir journalister tilgang til siste nytt og en plattform for universiteter, institusjoner og journalister til å distribuere siste nytt til publikum.