نیوزوایز – افزایش تقاضا برای سوخت‌های مبتنی بر کربن برای تقویت اقتصاد، همچنان باعث افزایش میزان دی‌اکسید کربن (CO2) در هوا می‌شود. در حالی که تلاش‌هایی برای کاهش انتشار CO2 انجام می‌شود، این امر اثرات مضر این گاز موجود در جو را کاهش نمی‌دهد. بنابراین محققان با تبدیل CO2 اتمسفر به مواد ارزشمندی مانند اسید فرمیک (HCOOH) و متانول، روش‌های خلاقانه‌ای برای استفاده از آن ارائه داده‌اند. کاهش نوری CO2 با استفاده از فوتوکاتالیست‌ها با استفاده از نور مرئی به عنوان کاتالیزور، روشی محبوب برای چنین تبدیل‌هایی است.
در آخرین پیشرفت، که در نسخه بین‌المللی مجله Angewandte Chemie در ۸ می ۲۰۲۳ منتشر شد، پروفسور کازوهیکو مائدا و تیم تحقیقاتی او در موسسه فناوری توکیو پیشرفت قابل توجهی داشته‌اند. آنها با موفقیت یک چارچوب فلزی-آلی قلع (Sn) (MOF) توسعه داده‌اند که باعث کاهش انتخابی CO2 می‌شود. MOF که اخیراً معرفی شده است، KGF-10 نامگذاری شده و فرمول شیمیایی آن [SnII2(H3ttc)2.MeOH]n (H3ttc: تری تیوسیانوریک اسید، MeOH: متانول) است. KGF-10 با استفاده از نور مرئی، CO2 را به طور مؤثر به اسید فرمیک (HCOOH) تبدیل می‌کند. پروفسور مائدا توضیح داد: "تا به امروز، بسیاری از فوتوکاتالیست‌های بسیار کارآمد برای کاهش CO2 بر اساس فلزات نادر و نجیب توسعه یافته‌اند. با این حال، ادغام عملکردهای جذب نور و کاتالیزوری در یک واحد مولکولی واحد متشکل از تعداد زیادی فلز همچنان یک چالش است." بنابراین، Sn ثابت کرد که کاندیدای ایده‌آلی برای غلبه بر این دو مانع است."
MOFها که مزایای فلزات و مواد آلی را با هم ترکیب می‌کنند، به عنوان جایگزینی سبزتر برای فوتوکاتالیست‌های سنتی مبتنی بر فلزات خاکی کمیاب مورد بررسی قرار می‌گیرند. قلع، که به دلیل نقش دوگانه خود به عنوان کاتالیزور و جاذب نور در فرآیندهای فوتوکاتالیستی شناخته می‌شود، می‌تواند به طور بالقوه گزینه مناسبی برای فوتوکاتالیست‌های مبتنی بر MOF باشد. اگرچه MOFهای متشکل از زیرکونیوم، آهن و سرب به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته‌اند، اما درک MOFهای مبتنی بر قلع هنوز محدود است. مطالعات و بررسی‌های بیشتری برای بررسی کامل امکانات و کاربردهای بالقوه MOFهای مبتنی بر قلع در زمینه فوتوکاتالیز مورد نیاز است.
برای سنتز MOF مبتنی بر قلع KGF-10، محققان از H3ttc (تری تیو سیانوریک اسید)، MeOH (متانول) و کلرید قلع به عنوان اجزای اولیه استفاده کردند. آنها 1،3-دی متیل-2-فنیل-2،3-دی هیدرو-1H-بنزو[d]ایمیدازول را به عنوان دهنده الکترون و منبع هیدروژن انتخاب کردند. پس از سنتز، KGF-10 به دست آمده تحت روش‌های مختلف تحلیلی قرار گرفت. این آزمایش‌ها نشان داد که این ماده دارای ظرفیت جذب CO2 متوسط ​​با شکاف باند 2.5 eV و جذب مؤثر در محدوده طول موج مرئی است.
دانشمندان با آگاهی از خواص فیزیکی و شیمیایی ماده جدید، از آن برای کاتالیز کاهش دی اکسید کربن توسط نور مرئی استفاده کردند. نکته قابل توجه این است که محققان دریافتند KGF-10 بدون هیچ گونه حساسگر نوری کمکی یا کاتالیزور، تبدیل CO2 به فرمات (HCOO-) را با گزینش پذیری تا 99٪ انجام می‌دهد. علاوه بر این، KGF-10 بازده کوانتومی ظاهری بی‌سابقه‌ای بالا - معیاری از کارایی استفاده از فوتون‌ها - را نشان داد که به مقدار 9.8٪ در 400 نانومتر رسید. نکته قابل توجه این است که تجزیه و تحلیل ساختاری انجام شده در طول واکنش فوتوکاتالیستی نشان داد که KGF-10 برای کمک به فرآیند کاهش، دستخوش تغییر ساختاری می‌شود.
این تحقیق پیشگامانه، یک فوتوکاتالیست مبتنی بر قلع با کارایی بالا به نام KGF-10 را ارائه می‌دهد که نیازی به فلزات نجیب به عنوان یک کاتالیزور یک طرفه برای کاهش CO2 به فرمات توسط نور مرئی ندارد. خواص قابل توجه KGF-10 که در این مطالعه نشان داده شده است، می‌تواند استفاده از آن را به عنوان یک فوتوکاتالیست در کاربردهای مختلف، از جمله کاهش CO2 خورشیدی، متحول کند. پروفسور مائدا نتیجه می‌گیرد: «نتایج ما نشان می‌دهد که MOFها می‌توانند به عنوان بستری برای توسعه قابلیت‌های فوتوکاتالیستی برتر با استفاده از فلزات غیرسمی، مقرون به صرفه و فراوان موجود در زمین، که اغلب کمپلکس‌های فلزی مولکولی هستند، عمل کنند. دست نیافتنی.» این کشف، امکانات جدیدی را ایجاد می‌کند. افق‌های جدیدی در زمینه فوتوکاتالیز ایجاد می‌کند و راه را برای استفاده پایدار و کارآمد از منابع زمین هموار می‌کند.
نیوزوایز به روزنامه‌نگاران امکان دسترسی به اخبار فوری و بستری برای دانشگاه‌ها، مؤسسات و روزنامه‌نگاران را فراهم می‌کند تا اخبار فوری را به مخاطبان خود منتشر کنند.