Newswise – Rostoucí poptávka po palivech na bázi uhlíku pro pohon ekonomiky nadále zvyšuje množství oxidu uhličitého (CO2) ve vzduchu. I když se vynakládá úsilí na snížení emisí CO2, nezmírňuje to škodlivé účinky tohoto plynu, který je již v atmosféře. Vědci proto přišli s kreativními způsoby, jak využít atmosférický CO2 jeho přeměnou na cenné látky, jako je kyselina mravenčí (HCOOH) a methanol. Fotoredukce CO2 pomocí fotokatalyzátorů využívajících viditelné světlo jako katalyzátor je oblíbenou metodou pro takové přeměny.
V nejnovějším průlomu, zveřejněném v mezinárodním vydání časopisu Angewandte Chemie z 8. května 2023, dosáhl profesor Kazuhiko Maeda a jeho výzkumný tým z Tokijského technologického institutu významného pokroku. Úspěšně vyvinuli cínovo-organickou strukturu (MOF) na bázi cínu (Sn), která podporuje selektivní fotoredukci CO2. Nedávno představený MOF byl pojmenován KGF-10 a jeho chemický vzorec je [SnII2(H3ttc)2·MeOH]n (H3ttc: kyselina trithiokyanurová, MeOH: methanol). Pomocí viditelného světla KGF-10 účinně přeměňuje CO2 na kyselinu mravenčí (HCOOH). Profesor Maeda vysvětlil: „Dosud bylo vyvinuto mnoho vysoce účinných fotokatalyzátorů pro redukci CO2 na bázi vzácných a ušlechtilých kovů. Integrace funkcí absorbujících světlo a katalytických funkcí do jediné molekulární jednotky složené z velkého počtu kovů však zůstává výzvou.“ Sn se tak ukázal jako ideální kandidát pro překonání těchto dvou překážek.
MOF, které kombinují výhody kovů a organických materiálů, jsou zkoumány jako ekologičtější alternativa k tradičním fotokatalyzátorům na bázi kovů vzácných zemin. Sn, známý pro svou dvojí roli katalyzátoru a absorbéru světla ve fotokatalytických procesech, by mohl být potenciálně schůdnou volbou pro fotokatalyzátory na bázi MOF. Přestože MOF složené ze zirkonia, železa a olova byly rozsáhle studovány, pochopení MOF na bázi Sn je stále omezené. Pro plné prozkoumání možností a potenciálních aplikací MOF na bázi Sn v oblasti fotokatalýzy jsou zapotřebí další studie.
Pro syntézu MOF KGF-10 na bázi cínu použili vědci jako výchozí složky H3ttc (kyselinu trithiokyanurovou), MeOH (methanol) a chlorid cínatý. Jako donor elektronů a zdroj vodíku zvolili 1,3-dimethyl-2-fenyl-2,3-dihydro-1H-benzo[d]imidazol. Po syntéze byl získaný KGF-10 podroben různým analytickým metodám. Tyto testy ukázaly, že materiál má střední adsorpční kapacitu CO2 s pásmovou mezerou 2,5 eV a efektivní absorpcí ve viditelném rozsahu vlnových délek.
Vyzbrojeni znalostmi fyzikálních a chemických vlastností nového materiálu jej vědci použili ke katalýze redukce oxidu uhličitého viditelným světlem. Výzkumníci zjistili, že KGF-10 dosahuje konverze CO2 na formiát (HCOO-) s až 99% selektivitou bez jakéhokoli pomocného fotosenzibilizátoru nebo katalyzátoru. Kromě toho KGF-10 prokázal bezprecedentně vysoký zdánlivý kvantový výtěžek – míru účinnosti využití fotonů – dosahující hodnoty 9,8 % při 400 nm. Strukturní analýza provedená během fotokatalytické reakce ukázala, že KGF-10 prochází strukturní modifikací, která napomáhá redukčnímu procesu.
Tento průlomový výzkum představuje vysoce výkonný fotokatalyzátor na bázi cínu KGF-10, který nevyžaduje použití vzácných kovů jako jednocestného katalyzátoru pro redukci CO2 na formiát viditelným světlem. Pozoruhodné vlastnosti KGF-10 prokázané v této studii by mohly způsobit revoluci v jeho použití jako fotokatalyzátoru v řadě aplikací, včetně redukce CO2 solárním zářením. Profesor Maeda uzavírá: „Naše výsledky naznačují, že MOF mohou sloužit jako platforma pro vývoj vynikajících fotokatalytických schopností s využitím netoxických, cenově dostupných a hojných kovů nacházejících se na Zemi, které jsou často molekulárními kovovými komplexy. Nedosažitelné.“ Tento objev otevírá nové možnosti, nové horizonty v oblasti fotokatalýzy a dláždí cestu k udržitelnému a efektivnímu využívání zemských zdrojů.
Newswise poskytuje novinářům přístup k nejnovějším zprávám a platformu pro univerzity, instituce a novináře, aby mohli tyto informace šířit mezi své publikum.