„Newswise“ – Auganti anglies pagrindu pagaminto kuro paklausa ekonomikai maitinti ir toliau didina anglies dioksido (CO2) kiekį ore. Nors dedamos pastangos sumažinti CO2 išmetimą, tai nesumažina jau atmosferoje esančių dujų žalingo poveikio. Todėl tyrėjai sugalvojo kūrybiškų būdų, kaip panaudoti atmosferos CO2, paverčiant jį vertingomis medžiagomis, tokiomis kaip skruzdžių rūgštis (HCOOH) ir metanolis. CO2 fotoredukcija naudojant fotokatalizatorius, kuriuose kaip katalizatorius veikia matoma šviesa, yra populiarus tokių konversijų metodas.
Naujausiame proveržiui, atskleistam 2023 m. gegužės 8 d. tarptautiniame žurnalo „Angewandte Chemie“ leidime, profesorius Kazuhiko Maeda ir jo tyrimų komanda Tokijo technologijos institute padarė didelę pažangą. Jie sėkmingai sukūrė alavo (Sn) metalo-organinį karkasą (MOF), kuris skatina selektyvią CO2 fotoredukciją. Neseniai pristatytas MOF buvo pavadintas KGF-10, o jo cheminė formulė yra [SnII2(H3ttc)2.MeOH]n (H3ttc: tritiocianuro rūgštis, MeOH: metanolis). Naudodamas matomą šviesą, KGF-10 efektyviai paverčia CO2 skruzdžių rūgštimi (HCOOH). Profesorius Maeda paaiškino: „Iki šiol buvo sukurta daug labai efektyvių fotokatalizatorių CO2 mažinimui, pagrįstų retaisiais ir tauriaisiais metalais. Tačiau šviesą sugeriančių ir katalizinių funkcijų integravimas į vieną molekulinį vienetą, sudarytą iš daugybės metalų, išlieka iššūkiu.“ Taigi, Sn pasirodė esąs idealus kandidatas šioms dviem kliūtims įveikti.
MOF, kurie sujungia metalų ir organinių medžiagų privalumus, yra tiriami kaip ekologiškesnė alternatyva tradiciniams fotokatalizatoriams, pagamintiems iš retųjų žemių metalų. Sn, žinomas dėl savo dvigubo vaidmens – katalizatoriaus ir šviesos absorbento fotokatalizatoriaus procesuose, galėtų būti perspektyvi alternatyva MOF pagrindu pagamintiems fotokatalizatoriams. Nors MOF, sudaryti iš cirkonio, geležies ir švino, buvo nuodugniai ištirti, Sn pagrindu pagamintų MOF supratimas vis dar ribotas. Norint visapusiškai ištirti Sn pagrindu pagamintų MOF galimybes ir galimą pritaikymą fotokatalizės srityje, reikia atlikti tolesnius tyrimus.
Norėdami susintetinti alavo pagrindu pagamintą MOF KGF-10, tyrėjai kaip pradinius komponentus naudojo H3ttc (tritiocianuro rūgštį), MeOH (metanolį) ir alavo chloridą. Kaip elektronų donorą ir vandenilio šaltinį jie pasirinko 1,3-dimetil-2-fenil-2,3-dihidro-1H-benzo[d]imidazolą. Po sintezės gautas KGF-10 buvo tiriamas įvairiais analitiniais metodais. Šie bandymai parodė, kad medžiaga pasižymi vidutiniu CO2 adsorbcijos pajėgumu, kurio draudžiamoji zona yra 2,5 eV, ir efektyvia absorbcija matomoje bangos ilgyje.
Žinodami naujos medžiagos fizikines ir chemines savybes, mokslininkai ją panaudojo anglies dioksido redukcijai matomoje šviesoje katalizuoti. Svarbu pažymėti, kad tyrėjai nustatė, jog KGF-10 pasiekia CO2 konversiją į formiatą (HCOO-) su iki 99 % selektyvumu be jokio pagalbinio fotosensibilizatoriaus ar katalizatoriaus. Be to, KGF-10 pademonstravo precedento neturintį didelį tariamąjį kvantinį našumą – fotonų panaudojimo efektyvumo matą – pasiekusį 9,8 % vertę esant 400 nm. Pažymėtina, kad fotokatalizinės reakcijos metu atlikta struktūrinė analizė parodė, kad KGF-10 patiria struktūrinę modifikaciją, kuri padeda redukcijos procese.
Šiame novatoriškame tyrime pristatomas didelio našumo alavo pagrindu pagamintas fotokatalizatorius KGF-10, kuriam nereikia tauriųjų metalų kaip vienkrypčio katalizatoriaus CO2 redukcijai iki formiatų matomos šviesos poveikiu. Šiame tyrime parodytos nepaprastos KGF-10 savybės gali pakeisti jo, kaip fotokatalizatoriaus, naudojimą įvairiose srityse, įskaitant saulės CO2 mažinimą. Profesorius Maeda daro išvadą: „Mūsų rezultatai rodo, kad MOF gali būti platforma geresnių fotokatalizės galimybių kūrimui, naudojant netoksiškus, ekonomiškus ir gausius Žemėje randamus metalus, kurie dažnai yra molekuliniai metalų kompleksai. Nepasiekiami.“ Šis atradimas atveria naujas galimybes, naujus horizontus fotokatalizės srityje ir sudaro sąlygas tvariam ir efektyviam Žemės išteklių naudojimui.
„Newswise“ suteikia žurnalistams prieigą prie svarbiausių naujienų ir platformą, kurioje universitetai, institucijos ir žurnalistai gali platinti svarbiausias naujienas savo auditorijai.