Newswise – La creixent demanda de combustibles basats en carboni per alimentar l'economia continua augmentant la quantitat de diòxid de carboni (CO2) a l'aire. Tot i que es fan esforços per reduir les emissions de CO2, això no mitiga els efectes nocius del gas que ja és a l'atmosfera. Per tant, els investigadors han ideat maneres creatives d'utilitzar el CO2 atmosfèric convertint-lo en substàncies valuoses com l'àcid fòrmic (HCOOH) i el metanol. La fotoreducció del CO2 mitjançant fotocatalitzadors que utilitzen llum visible com a catalitzador és un mètode popular per a aquestes conversions.
En l'últim avenç, revelat a l'edició internacional d'Angewandte Chemie del 8 de maig de 2023, el professor Kazuhiko Maeda i el seu equip de recerca de l'Institut Tecnològic de Tòquio han fet progressos significatius. Han desenvolupat amb èxit un marc metall-orgànic (MOF) d'estany (Sn) que promou la fotoreducció selectiva del CO2. El MOF introduït recentment s'ha anomenat KGF-10 i la seva fórmula química és [SnII2(H3ttc)2.MeOH]n (H3ttc: àcid tritiocianúric, MeOH: metanol). Utilitzant la llum visible, el KGF-10 converteix eficaçment el CO2 en àcid fòrmic (HCOOH). El professor Maeda va explicar: "Fins ara, s'han desenvolupat molts fotocatalitzadors altament eficients per a la reducció de CO2 basats en metalls rars i nobles. Tanmateix, integrar funcions d'absorció de llum i catalítiques en una sola unitat molecular composta per un gran nombre de metalls continua sent un repte". Així, l'Sn ha demostrat ser un candidat ideal per superar aquests dos obstacles.
Els MOF, que combinen els avantatges dels metalls i els materials orgànics, s'estan explorant com una alternativa més ecològica als fotocatalitzadors tradicionals basats en metalls de terres rares. L'Sn, conegut pel seu doble paper com a catalitzador i absorbent de llum en els processos fotocatalitzadors, podria ser una opció viable per als fotocatalitzadors basats en MOF. Tot i que els MOF compostos de zirconi, ferro i plom s'han estudiat àmpliament, la comprensió dels MOF basats en Sn encara és limitada. Calen més estudis per explorar completament les possibilitats i les possibles aplicacions dels MOF basats en Sn en el camp de la fotocatàlisi.
Per sintetitzar el MOF KGF-10 basat en estany, els investigadors van utilitzar H3ttc (àcid tritiocianúric), MeOH (metanol) i clorur d'estany com a components inicials. Van triar 1,3-dimetil-2-fenil-2,3-dihidro-1H-benzo[d]imidazol com a donant d'electrons i font d'hidrogen. Després de la síntesi, el KGF-10 obtingut es va sotmetre a diversos mètodes analítics. Aquestes proves van mostrar que el material té una capacitat d'adsorció de CO2 moderada amb una banda prohibida de 2,5 eV i una absorció efectiva en el rang de longitud d'ona visible.
Armats amb el coneixement de les propietats físiques i químiques del nou material, els científics el van utilitzar per catalitzar la reducció del diòxid de carboni per llum visible. Cal destacar que els investigadors van descobrir que el KGF-10 aconsegueix la conversió de CO2 a formiat (HCOO-) amb una selectivitat de fins al 99% sense cap fotosensibilitzador o catalitzador auxiliar. A més, el KGF-10 va demostrar un rendiment quàntic aparent sense precedents (una mesura de l'eficiència de l'ús de fotons) que va assolir un valor del 9,8% a 400 nm. Cal destacar que l'anàlisi estructural realitzada durant la reacció fotocatalítica va mostrar que el KGF-10 pateix una modificació estructural per ajudar en el procés de reducció.
Aquesta investigació innovadora presenta un fotocatalitzador d'alt rendiment basat en estany KGF-10 sense necessitat de metalls nobles com a catalitzador unidireccional per a la reducció de CO2 a formiat per llum visible. Les notables propietats del KGF-10 demostrades en aquest estudi podrien revolucionar el seu ús com a fotocatalitzador en una varietat d'aplicacions, inclosa la reducció de CO2 solar. El professor Maeda conclou: "Els nostres resultats indiquen que els MOF poden servir com a plataforma per desenvolupar capacitats fotocatalítiques superiors mitjançant l'ús de metalls no tòxics, rendibles i abundants que es troben a la Terra, que sovint són complexos metàl·lics moleculars. Inassolibles." Aquest descobriment obre nous horitzons de possibilitats en el camp de la fotocatàlisi i obre el camí per a l'ús sostenible i eficient dels recursos de la Terra.
Newswise proporciona als periodistes accés a notícies d'última hora i una plataforma perquè universitats, institucions i periodistes la puguin distribuir al seu públic.