Newswise – A crecente demanda de combustibles baseados no carbono para impulsar a economía segue a aumentar a cantidade de dióxido de carbono (CO2) no aire. Aínda que se están a facer esforzos para reducir as emisións de CO2, isto non mitiga os efectos nocivos do gas que xa está na atmosfera. Polo tanto, os investigadores idearon formas creativas de usar o CO2 atmosférico converténdoo en substancias valiosas como o ácido fórmico (HCOOH) e o metanol. A fotorredución do CO2 mediante fotocatalizadores que empregan luz visible como catalizador é un método popular para tales conversións.
No último avance, revelado na edición internacional de Angewandte Chemie do 8 de maio de 2023, o profesor Kazuhiko Maeda e o seu equipo de investigación do Instituto Tecnolóxico de Toquio fixeron progresos significativos. Desenvolveron con éxito unha estrutura metalorgánica (MOF) de estaño (Sn) que promove a fotorredución selectiva do CO2. O MOF introducido recentemente denominouse KGF-10 e a súa fórmula química é [SnII2(H3ttc)2.MeOH]n (H3ttc: ácido tritiocianúrico, MeOH: metanol). Usando luz visible, o KGF-10 converte eficazmente o CO2 en ácido fórmico (HCOOH). O profesor Maeda explicou: «Ata a data, desenvolvéronse moitos fotocatalizadores altamente eficientes para a redución do CO2 baseados en metais raros e nobres. Non obstante, integrar as funcións de absorción de luz e catalíticas nunha única unidade molecular composta por un gran número de metais segue sendo un desafío». Polo tanto, o Sn demostrou ser un candidato ideal para superar estes dous obstáculos.
Os MOF, que combinan as vantaxes dos metais e os materiais orgánicos, están a ser explorados como unha alternativa máis ecolóxica aos fotocatalizadores tradicionais baseados en metais de terras raras. O Sn, coñecido polo seu dobre papel como catalizador e absorbente de luz nos procesos fotocatalizadores, podería ser unha opción viable para os fotocatalizadores baseados en MOF. Aínda que os MOF compostos de circonio, ferro e chumbo foron amplamente estudados, a comprensión dos MOF baseados en Sn aínda é limitada. Necesítanse máis estudos para explorar completamente as posibilidades e as posibles aplicacións dos MOF baseados en Sn no campo da fotocatálise.
Para sintetizar o MOF KGF-10 baseado en estaño, os investigadores empregaron H3ttc (ácido tritiocianúrico), MeOH (metanol) e cloruro de estaño como compoñentes de partida. Escolleron 1,3-dimetil-2-fenil-2,3-dihidro-1H-benzo[d]imidazol como doante de electróns e fonte de hidróxeno. Despois da síntese, o KGF-10 obtido foi sometido a varios métodos analíticos. Estas probas demostraron que o material ten unha capacidade de adsorción de CO2 moderada cun intervalo de banda de 2,5 eV e unha absorción efectiva no rango de lonxitudes de onda visible.
Armados co coñecemento das propiedades físicas e químicas do novo material, os científicos empregárono para catalizar a redución do dióxido de carbono mediante luz visible. En particular, os investigadores descubriron que o KGF-10 consegue a conversión de CO2 a formiato (HCOO-) cunha selectividade de ata o 99 % sen ningún fotosensibilizador ou catalizador auxiliar. Ademais, o KGF-10 demostrou un rendemento cuántico aparente sen precedentes (unha medida da eficiencia do uso de fotóns) que alcanzou un valor do 9,8 % a 400 nm. En particular, a análise estrutural realizada durante a reacción fotocatalítica mostrou que o KGF-10 sofre unha modificación estrutural para axudar no proceso de redución.
Esta investigación innovadora presenta un fotocatalizador KGF-10 de alto rendemento baseado en estaño sen necesidade de metais nobres como catalizador unidireccional para a redución de CO2 a formiato por luz visible. As notables propiedades do KGF-10 demostradas neste estudo poderían revolucionar o seu uso como fotocatalizador nunha variedade de aplicacións, incluída a redución de CO2 solar. O profesor Maeda conclúe: «Os nosos resultados indican que os MOF poden servir como plataforma para desenvolver capacidades fotocatalíticas superiores mediante o uso de metais non tóxicos, rendibles e abundantes que se atopan na Terra, que a miúdo son complexos metálicos moleculares inalcanzables». Este descubrimento abre novos horizontes de posibilidades no campo da fotocatálise e abre o camiño para o uso sostible e eficiente dos recursos da Terra.
Newswise proporciona aos xornalistas acceso a noticias de última hora e unha plataforma para que universidades, institucións e xornalistas as distribúan ao seu público.