Newswise – Pieaugošais pieprasījums pēc oglekļa bāzes degvielām ekonomikas darbināšanai turpina palielināt oglekļa dioksīda (CO2) daudzumu gaisā. Lai gan tiek pieliktas pūles, lai samazinātu CO2 emisijas, tas nemazina atmosfērā jau esošās gāzes kaitīgo ietekmi. Tāpēc pētnieki ir izdomājuši radošus veidus, kā izmantot atmosfēras CO2, pārveidojot to par vērtīgām vielām, piemēram, skudrskābi (HCOOH) un metanolu. CO2 fotoreducēšana, izmantojot fotokatalizatorus ar redzamo gaismu kā katalizatoru, ir populāra metode šādām pārveidošanām.
Jaunākajā atklājumā, kas atklāts 2023. gada 8. maija starptautiskajā žurnāla Angewandte Chemie izdevumā, profesors Kazuhiko Maeda un viņa pētnieku komanda Tokijas Tehnoloģiju institūtā ir panākuši ievērojamu progresu. Viņi ir veiksmīgi izstrādājuši alvas (Sn) metālorganisko karkasu (MOF), kas veicina selektīvu CO2 fotoredukciju. Nesen ieviestais MOF tika nosaukts par KGF-10, un tā ķīmiskā formula ir [SnII2(H3ttc)2.MeOH]n (H3ttc: tritiocianūrskābe, MeOH: metanols). Izmantojot redzamo gaismu, KGF-10 efektīvi pārveido CO2 par skudrskābi (HCOOH). Profesors Maeda paskaidroja: "Līdz šim ir izstrādāti daudzi ļoti efektīvi fotokatalizatori CO2 samazināšanai, kuru pamatā ir reti un cēli metāli. Tomēr gaismu absorbējošu un katalītisko funkciju integrēšana vienā molekulārā vienībā, kas sastāv no liela skaita metālu, joprojām ir izaicinājums." Tādējādi Sn izrādījās ideāls kandidāts, lai pārvarētu šos divus šķēršļus.
MOF, kas apvieno metālu un organisko materiālu priekšrocības, tiek pētīti kā videi draudzīgāka alternatīva tradicionālajiem fotokatalizatoriem, kuru pamatā ir retzemju metāli. Sn, kas pazīstams ar savu divējādo lomu kā katalizators un gaismas absorbētājs fotokatalizatora procesos, varētu būt dzīvotspējīga alternatīva MOF bāzes fotokatalizatoriem. Lai gan MOF, kas sastāv no cirkonija, dzelzs un svina, ir plaši pētīti, izpratne par Sn bāzes MOF joprojām ir ierobežota. Ir nepieciešami turpmāki pētījumi, lai pilnībā izpētītu Sn bāzes MOF iespējas un potenciālos pielietojumus fotokatalīzes jomā.
Lai sintezētu uz alvas bāzes veidotu MOF KGF-10, pētnieki kā izejvielas izmantoja H3ttc (tritiocianūrskābi), MeOH (metanolu) un alvas hlorīdu. Kā elektronu donoru un ūdeņraža avotu viņi izvēlējās 1,3-dimetil-2-fenil-2,3-dihidro-1H-benzo[d]imidazolu. Pēc sintēzes iegūtais KGF-10 tika pakļauts dažādām analītiskām metodēm. Šie testi parādīja, ka materiālam ir vidēja CO2 adsorbcijas spēja ar joslas atstarpi 2,5 eV un efektīva absorbcija redzamā viļņu garuma diapazonā.
Bruņojoties ar zināšanām par jaunā materiāla fizikālajām un ķīmiskajām īpašībām, zinātnieki to izmantoja, lai katalizētu oglekļa dioksīda reducēšanu redzamās gaismas ietekmē. Jāatzīmē, ka pētnieki atklāja, ka KGF-10 panāk CO2 pārvēršanu formātā (HCOO-) ar selektivitāti līdz pat 99% bez jebkāda papildu fotosensibilizatora vai katalizatora. Turklāt KGF-10 uzrādīja nepieredzēti augstu šķietamo kvantu ražu – fotonu izmantošanas efektivitātes mēru –, sasniedzot 9,8% pie 400 nm. Jāatzīmē, ka fotokatalītiskās reakcijas laikā veiktā strukturālā analīze parādīja, ka KGF-10 tiek pakļauts strukturālām modifikācijām, lai palīdzētu reducēšanas procesā.
Šis revolucionārais pētījums piedāvā augstas veiktspējas alvas bāzes fotokatalizatoru KGF-10, kam nav nepieciešami cēlmetāli kā vienvirziena katalizators CO2 reducēšanai līdz formiātam redzamās gaismas ietekmē. Šajā pētījumā demonstrētās ievērojamās KGF-10 īpašības varētu revolucionizēt tā izmantošanu kā fotokatalizatoru dažādos pielietojumos, tostarp saules CO2 samazināšanā. Profesors Maeda secina: "Mūsu rezultāti liecina, ka MOF var kalpot par platformu izcilu fotokatalītisko spēju attīstīšanai, izmantojot netoksiskus, rentablus un plaši izplatītus metālus, kas atrodami uz Zemes, un kas bieži vien ir molekulāri metālu kompleksi. Šis atklājums paver jaunas iespējas fotokatalīzes jomā un bruģē ceļu ilgtspējīgai un efektīvai Zemes resursu izmantošanai.
Newswise nodrošina žurnālistiem piekļuvi jaunākajām ziņām un platformu, kurā universitātes, iestādes un žurnālisti var izplatīt jaunākās ziņas savai auditorijai.