Новини – Зростаючий попит на паливо на основі вуглецю для підживлення економіки продовжує збільшувати кількість вуглекислого газу (CO2) у повітрі. Хоча докладаються зусилля для скорочення викидів CO2, це не пом'якшує шкідливий вплив газу, який вже є в атмосфері. Тому дослідники винайшли креативні способи використання атмосферного CO2 шляхом перетворення його на цінні речовини, такі як мурашина кислота (HCOOH) та метанол. Фотовідновлення CO2 за допомогою фотокаталізаторів з використанням видимого світла як каталізатора є популярним методом таких перетворень.
У останньому прориві, оприлюдненому в міжнародному виданні Angewandte Chemie від 8 травня 2023 року, професор Казухіко Маеда та його дослідницька група з Токійського технологічного інституту досягли значного прогресу. Вони успішно розробили металоорганічний каркас (MOF) на основі олова (Sn), який сприяє селективному фотовідновленню CO2. Нещодавно представлений MOF отримав назву KGF-10, а його хімічна формула — [SnII2(H3ttc)2·MeOH]n (H3ttc: тритіоціанурова кислота, MeOH: метанол). Використовуючи видиме світло, KGF-10 ефективно перетворює CO2 на мурашину кислоту (HCOOH). Професор Маеда пояснив: «На сьогоднішній день розроблено багато високоефективних фотокаталізаторів для відновлення CO2 на основі рідкісних та благородних металів. Однак інтеграція світлопоглинаючих та каталітичних функцій в єдину молекулярну одиницю, що складається з великої кількості металів, залишається проблемою». Таким чином, Sn виявився ідеальним кандидатом для подолання цих двох перешкод.
МОФ, що поєднують переваги металів та органічних матеріалів, досліджуються як більш екологічна альтернатива традиційним фотокаталізаторам на основі рідкоземельних металів. Олово (Sn), відоме своєю подвійною роллю каталізатора та поглинача світла у фотокаталізаторних процесах, потенційно може бути життєздатним варіантом для фотокаталізаторів на основі МОФ. Хоча МОФ, що складаються з цирконію, заліза та свинцю, були широко вивчені, розуміння МОФ на основі олова все ще обмежене. Необхідні подальші дослідження, щоб повною мірою вивчити можливості та потенційне застосування МОФ на основі олова в галузі фотокаталізу.
Для синтезу MOF KGF-10 на основі олова дослідники використали H3ttc (тритіоціанурову кислоту), MeOH (метанол) та хлорид олова як вихідні компоненти. Як донор електронів та джерело водню вони обрали 1,3-диметил-2-феніл-2,3-дигідро-1H-бензо[d]імідазол. Після синтезу отриманий KGF-10 був підданий різним аналітичним методам. Ці випробування показали, що матеріал має помірну адсорбційну здатність CO2 із шириною забороненої зони 2,5 еВ та ефективним поглинанням у видимому діапазоні довжин хвиль.
Озброєні знаннями про фізичні та хімічні властивості нового матеріалу, вчені використали його для каталізації відновлення вуглекислого газу видимим світлом. Примітно, що дослідники виявили, що KGF-10 досягає перетворення CO2 у форміат (HCOO-) із селективністю до 99% без будь-якого допоміжного фотосенсибілізатора чи каталізатора. Крім того, KGF-10 продемонстрував безпрецедентно високий видимий квантовий вихід – міру ефективності використання фотонів – досягаючи значення 9,8% при 400 нм. Примітно, що структурний аналіз, проведений під час фотокаталітичної реакції, показав, що KGF-10 зазнає структурної модифікації, щоб допомогти в процесі відновлення.
Це новаторське дослідження представляє високоефективний фотокаталізатор на основі олова KGF-10, який не потребує використання благородних металів як одностороннього каталізатора для відновлення CO2 до форміату видимим світлом. Чудові властивості KGF-10, продемонстровані в цьому дослідженні, можуть революціонізувати його використання як фотокаталізатора в різних сферах застосування, включаючи відновлення CO2 сонячним світлом. Професор Маеда робить висновок: «Наші результати показують, що металооксидні структури (MOF) можуть служити платформою для розвитку передових фотокаталітичних можливостей завдяки використанню нетоксичних, економічно ефективних та поширених металів, що знаходяться на Землі, які часто є молекулярними металокомплексами. Недосяжно». Це відкриття відкриває нові горизонти в галузі фотокаталізу та прокладає шлях до сталого та ефективного використання ресурсів Землі.
Newswise надає журналістам доступ до термінових новин та платформу для університетів, установ та журналістів для поширення термінових новин серед своєї аудиторії.