Novaĵoj – Kreskanta postulo je karbonbazitaj brulaĵoj por instigi la ekonomion daŭre pliigas la kvanton de karbondioksido (CO2) en la aero. Kvankam oni klopodas redukti CO2-emisiojn, tio ne mildigas la malutilajn efikojn de la gaso jam en la atmosfero. Do esploristoj elpensis kreivajn manierojn uzi atmosferan CO2 konvertante ĝin en valorajn substancojn kiel formika acido (HCOOH) kaj metanolo. Fotoredukto de CO2 uzante fotokatalizilojn uzantajn videblan lumon kiel katalizilon estas populara metodo por tiaj konvertoj.
En la plej nova sukceso, rivelita en la internacia eldono de Angewandte Chemie la 8-an de majo 2023, Profesoro Kazuhiko Maeda kaj lia esplorteamo ĉe la Teknologia Instituto de Tokio faris signifan progreson. Ili sukcese evoluigis stanan (Sn) metal-organikan kadron (MOF), kiu antaŭenigas la selektivan fotoredukton de CO2. La ĵus enkondukita MOF nomiĝis KGF-10 kaj ĝia kemia formulo estas [SnII2(H3ttc)2.MeOH]n (H3ttc: tritiocianura acido, MeOH: metanolo). Uzante videblan lumon, KGF-10 efike konvertas CO2 al formikacido (HCOOH). Profesoro Maeda klarigis: "Ĝis nun, multaj tre efikaj fotokataliziloj por CO2-redukto bazitaj sur maloftaj kaj noblaj metaloj estis evoluigitaj. Tamen, integri lum-absorbajn kaj katalizajn funkciojn en unuopan molekulan unuon konsistantan el granda nombro da metaloj restas defio." Tiel, Sn pruviĝis esti ideala kandidato por superi ĉi tiujn du obstaklojn.
MOF-oj, kiuj kombinas la avantaĝojn de metaloj kaj organikaj materialoj, estas esplorataj kiel pli verda alternativo al tradiciaj fotokataliziloj bazitaj sur rarateraj metaloj. Sn, konata pro sia duobla rolo kiel katalizilo kaj lumabsorbilo en fotokatalizilaj procezoj, povus esti realigebla opcio por MOF-bazitaj fotokataliziloj. Kvankam MOF-oj konsistantaj el zirkonio, fero kaj plumbo estis amplekse studitaj, kompreno pri Sn-bazitaj MOF-oj ankoraŭ estas limigita. Pluaj studoj kaj esploroj estas necesaj por plene esplori la eblecojn kaj eblajn aplikojn de Sn-bazitaj MOF-oj en la kampo de fotokatalizo.
Por sintezi stano-bazitan MOF KGF-10, la esploristoj uzis H3ttc (tritiocianura acido), MeOH (metanolo), kaj stanoklorido kiel komencajn komponantojn. Ili elektis 1,3-dimetil-2-fenil-2,3-dihidro-1H-benzo[d]imidazolon kiel elektrondonanton kaj hidrogenfonton. Post la sintezo, la akirita KGF-10 estis submetita al diversaj analizaj metodoj. Ĉi tiuj testoj montris, ke la materialo havas moderan CO2-adsorban kapaciton kun bendbreĉo de 2.5 eV kaj efikan sorbadon en la videbla ondolonga gamo.
Armitaj per scio pri la fizikaj kaj kemiaj ecoj de la nova materialo, la sciencistoj uzis ĝin por katalizi la redukton de karbondioksido per videbla lumo. Rimarkinde, la esploristoj trovis, ke KGF-10 atingas konverton de CO2 al formiato (HCOO-) kun ĝis 99% selektiveco sen iu ajn helpa fotosensitivilo aŭ katalizilo. Krome, KGF-10 montris senprecedence altan ŝajnan kvantumrendimenton - mezuron de la efikeco de uzado de fotonoj - atingante valoron de 9.8% je 400 nm. Rimarkinde, struktura analizo farita dum la fotokataliza reakcio montris, ke KGF-10 spertas strukturan modifon por helpi en la reduktoprocezo.
Ĉi tiu pionira esplorado prezentas alt-efikecan stano-bazitan fotokatalizilon KGF-10 sen bezono de noblaj metaloj kiel unudirekta katalizilo por la redukto de CO2 al formiato per videbla lumo. La rimarkindaj ecoj de KGF-10 montritaj en ĉi tiu studo povus revolucii ĝian uzon kiel fotokatalizilo en diversaj aplikoj, inkluzive de suna CO2-redukto. Profesoro Maeda finas: "Niaj rezultoj indikas, ke MOF-oj povas servi kiel platformo por evoluigi superajn fotokatalizajn kapablojn per la uzo de ne-toksaj, kostefikaj kaj abundaj metaloj trovitaj sur la Tero, kiuj ofte estas molekulaj metalkompleksoj. Neatingeblaj." Ĉi tiu malkovro malfermas novajn eblecojn kaj horizontojn en la kampo de fotokatalizo kaj pavimas la vojon por daŭripova kaj efika uzo de la resursoj de la Tero.
Newswise provizas al ĵurnalistoj aliron al urĝaj novaĵoj kaj platformon por universitatoj, institucioj kaj ĵurnalistoj por distribui urĝajn novaĵojn al siaj aŭskultantaroj.