Nuuswys – Groeiende vraag na koolstofgebaseerde brandstowwe om die ekonomie aan te dryf, verhoog steeds die hoeveelheid koolstofdioksied (CO2) in die lug. Terwyl pogings aangewend word om CO2-uitlatings te verminder, verminder dit nie die skadelike gevolge van die gas wat reeds in die atmosfeer is nie. Dus het navorsers kreatiewe maniere bedink om atmosferiese CO2 te gebruik deur dit in waardevolle stowwe soos mieresuur (HCOOH) en metanol te omskep. Fotoreduksie van CO2 met behulp van fotokatalisators wat sigbare lig as 'n katalisator gebruik, is 'n gewilde metode vir sulke omskakelings.
In die jongste deurbraak, wat in die internasionale uitgawe van Angewandte Chemie van 8 Mei 2023 onthul is, het professor Kazuhiko Maeda en sy navorsingspan by die Tokio Instituut vir Tegnologie beduidende vordering gemaak. Hulle het suksesvol 'n tin (Sn) metaal-organiese raamwerk (MOF) ontwikkel wat die selektiewe fotoreduksie van CO2 bevorder. Die onlangs bekendgestelde MOF is KGF-10 genoem en die chemiese formule daarvan is [SnII2(H3ttc)2.MeOH]n (H3ttc: tritiosianuursuur, MeOH: metanol). Deur sigbare lig te gebruik, skakel KGF-10 CO2 effektief om na mieresuur (HCOOH). Professor Maeda het verduidelik: "Tot op hede is baie hoogs doeltreffende fotokatalisators vir CO2-reduksie gebaseer op skaars en edelmetale ontwikkel. Die integrasie van ligabsorberende en katalitiese funksies in 'n enkele molekulêre eenheid wat uit 'n groot aantal metale bestaan, bly egter 'n uitdaging." Dus het Sn 'n ideale kandidaat geblyk te wees om hierdie twee struikelblokke te oorkom.
MOF's, wat die voordele van metale en organiese materiale kombineer, word ondersoek as 'n groener alternatief vir tradisionele fotokatalisators gebaseer op seldsame aardmetale. Sn, bekend vir sy dubbele rol as 'n katalisator en ligabsorbeerder in fotokatalisatorprosesse, kan moontlik 'n lewensvatbare opsie wees vir MOF-gebaseerde fotokatalisators. Alhoewel MOF's wat uit sirkonium, yster en lood bestaan, breedvoerig bestudeer is, is die begrip van Sn-gebaseerde MOF's steeds beperk. Verdere studies en studies is nodig om die moontlikhede en potensiële toepassings van Sn-gebaseerde MOF's op die gebied van fotokatalise ten volle te ondersoek.
Om tin-gebaseerde MOF KGF-10 te sintetiseer, het die navorsers H3ttc (tritiosianuursuur), MeOH (metanol) en tincloried as uitgangskomponente gebruik. Hulle het 1,3-dimetiel-2-feniel-2,3-dihidro-1H-benso[d]imidasool as 'n elektronskenker en waterstofbron gekies. Na sintese is die verkrygde KGF-10 aan verskeie analitiese metodes onderwerp. Hierdie toetse het getoon dat die materiaal 'n matige CO2-adsorpsiekapasiteit het met 'n bandgaping van 2.5 eV en effektiewe absorpsie in die sigbare golflengtebereik.
Gewapen met kennis van die fisiese en chemiese eienskappe van die nuwe materiaal, het die wetenskaplikes dit gebruik om die reduksie van koolstofdioksied deur sigbare lig te kataliseer. Dit is opmerklik dat die navorsers bevind het dat KGF-10 CO2 na formate (HCOO-) omskakeling met tot 99% selektiwiteit bereik sonder enige hulpfotosensitiseerder of katalisator. Daarbenewens het KGF-10 'n ongekende hoë skynbare kwantumopbrengs – 'n maatstaf van die doeltreffendheid van die gebruik van fotone – getoon wat 'n waarde van 9.8% by 400 nm bereik. Dit is opmerklik dat strukturele analise wat tydens die fotokatalitiese reaksie uitgevoer is, getoon het dat KGF-10 'n strukturele modifikasie ondergaan om die reduksieproses te help.
Hierdie baanbrekersnavorsing bied 'n hoëprestasie-tin-gebaseerde fotokatalisator KGF-10 aan, sonder die behoefte aan edelmetale as 'n eenrigtingkatalisator vir die vermindering van CO2 tot formiate deur sigbare lig. Die merkwaardige eienskappe van KGF-10 wat in hierdie studie gedemonstreer word, kan die gebruik daarvan as 'n fotokatalisator in 'n verskeidenheid toepassings, insluitend sonkrag-CO2-reduksie, revolusioneer. Prof. Maeda sluit af: "Ons resultate dui daarop dat MOF's kan dien as 'n platform vir die ontwikkeling van superieure fotokatalitiese vermoëns deur die gebruik van nie-giftige, koste-effektiewe en oorvloedige metale wat op Aarde voorkom, wat dikwels molekulêre metaalkomplekse is. Onbereikbaar." Hierdie ontdekking open nuwe moontlikhede en horisonne op die gebied van fotokatalise en baan die weg vir die volhoubare en doeltreffende gebruik van die Aarde se hulpbronne.
Newswise bied joernaliste toegang tot brekende nuus en 'n platform vir universiteite, instellings en joernaliste om brekende nuus aan hul gehore te versprei.