Vijesti – Rastuća potražnja za gorivima na bazi ugljika za pokretanje gospodarstva i dalje povećava količinu ugljičnog dioksida (CO2) u zraku. Iako se ulažu napori za smanjenje emisija CO2, to ne ublažava štetne učinke plina koji je već 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 pretvorbe.
U najnovijem otkriću, objavljenom u međunarodnom izdanju časopisa Angewandte Chemie od 8. svibnja 2023., profesor Kazuhiko Maeda i njegov istraživački tim na Tokijskom tehnološkom institutu postigli su značajan napredak. Uspješno su razvili metal-organski okvir (MOF) od kositra (Sn) koji potiče selektivnu fotoredukciju CO2. Nedavno predstavljeni MOF nazvan je KGF-10, a njegova kemijska formula je [SnII2(H3ttc)2.MeOH]n (H3ttc: tritiocijanurna kiselina, MeOH: metanol). Koristeći vidljivu svjetlost, KGF-10 učinkovito pretvara CO2 u mravlju kiselinu (HCOOH). Profesor Maeda objasnio je: „Do danas je razvijeno mnogo visoko učinkovitih 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 idealnim kandidatom za prevladavanje ove dvije prepreke.
MOF-ovi, koji kombiniraju prednosti metala i organskih materijala, istražuju se kao zelenija alternativa tradicionalnim fotokatalizatorima na bazi rijetkih zemnih metala. Sn, poznat po svojoj dvostrukoj ulozi katalizatora i apsorbera svjetlosti u fotokatalizatorskim procesima, potencijalno bi mogao biti održiva opcija za fotokatalizatore na bazi MOF-a. Iako su MOF-ovi sastavljeni od cirkonija, željeza i olova opsežno proučavani, razumijevanje MOF-ova na bazi Sn još je uvijek ograničeno. Potrebna su daljnja istraživanja kako bi se u potpunosti istražile mogućnosti i potencijalne primjene MOF-ova na bazi Sn u području fotokatalize.
Za sintezu MOF-a KGF-10 na bazi kositra, istraživači su kao početne komponente koristili H3ttc (tritiocijanurnu kiselinu), MeOH (metanol) i kositrov klorid. Kao donor elektrona i izvor vodika odabrali su 1,3-dimetil-2-fenil-2,3-dihidro-1H-benzo[d]imidazol. Nakon sinteze, dobiveni KGF-10 podvrgnut je raznim analitičkim metodama. Ovi testovi pokazali su da materijal ima umjereni kapacitet adsorpcije CO2 s energetskim procjepom od 2,5 eV i učinkovitu apsorpciju u vidljivom području valnih duljina.
Naoružani znanjem o fizikalnim i kemijskim svojstvima novog materijala, znanstvenici su ga koristili za kataliziranje redukcije ugljikovog dioksida vidljivom svjetlošću. Značajno je da su istraživači otkrili da KGF-10 postiže pretvorbu CO2 u format (HCOO-) s do 99% selektivnosti bez ikakvog pomoćnog fotosenzibilizatora ili katalizatora. Osim toga, KGF-10 je pokazao neviđeno visok prividni kvantni prinos – mjeru učinkovitosti korištenja fotona – dosegnuvši vrijednost od 9,8% na 400 nm. Značajno je da je strukturna analiza provedena tijekom 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 kositra 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. Prof. Maeda zaključuje: „Naši rezultati pokazuju da MOF-ovi mogu poslužiti kao platforma za razvoj vrhunskih 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 u području fotokatalize i utire put održivom i učinkovitom korištenju Zemljinih resursa.
Newswise novinarima pruža pristup najnovijim vijestima i platformu sveučilištima, institucijama i novinarima za distribuciju najnovijih vijesti svojoj publici.