Neprestana potražnja za gorivima bogatim ugljenikom za pokretanje ekonomije nastavlja da dodaje sve više i više ugljen-dioksida (CO 2 ) u atmosferu. Iako se ulažu napori da se smanje emisije CO 2, to samo po sebi ne može da se suprotstavi štetnim efektima gasa koji je već prisutan u atmosferi.
Dakle, naučnici su došli do inovativnih načina da iskoriste postojeći atmosferski CO 2 pretvarajući ga u korisne hemikalije kao što su mravlja kiselina (HCOOH) i metanol. Popularna metoda za sprovođenje takvih konverzija je korišćenje vidljive svetlosti za pokretanje fotoredukcije CO 2 preko fotokatalizatora.
U nedavnom otkriću objavljenom u Angevandte Chemie, međunarodno izdanje, tim istraživača predvođen prof. Kazuhiko Maedom sa Tokijskog tehnološkog instituta razvio je metalno-organski okvir na bazi kalaja (MOF) koji može omogućiti selektivnu fotoredukciju CO 2 . Oni su prijavili novi MOF na bazi kalaja (Sn) pod nazivom KGF-10, sa formulom [Sn II 2 (H 3 ttc) 2 .MeOH] n (H 3 ttc: tritiocijanurska kiselina i MeOH: metanol).
Uspešno je redukovao CO 2 u HCOOH u prisustvu vidljive svetlosti. „Većina fotokatalizatora visokih performansi za redukciju CO 2 vođenih vidljivom svetlošću oslanja se na retke, plemenite metale kao glavne komponente. Štaviše, integrisanje funkcija apsorpcije svetlosti i katalize u jednu molekularnu jedinicu sačinjenu od obilja metala ostaje dugotrajan izazov Dakle, Sn je bio idealan kandidat jer može da prevaziđe oba izazova“, objašnjava prof. Maeda.
MOF, koji donose najbolje od metala i organskih materijala, istražuju se kao održivija alternativa konvencionalnim fotokatalizatorima na bazi retkih zemljanih metala. Sn, poznat po svojoj sposobnosti da deluje i kao katalizator i kao apsorber tokom fotokatalitičke reakcije, mogao bi biti obećavajući kandidat za fotokatalizatore zasnovane na MOF-u. Dok su MOF-ovi sastavljeni od cirkonijuma, gvožđa i olova široko istraženi, ne zna se mnogo o MOF-ovima na bazi Sn.
Za sintezu MOF KGF-10 na bazi Sn, istraživači su koristili H 3 ttc, MeOH i kalaj hlorid kao početne materijale i izabrali 1,3-dimetil-2-fenil-2,3-dihidro-1H-benzo[d ]imidazol kao donor elektrona i izvor vodonika. Pripremljeni KGF-10 je zatim podvrgnut nekoliko tehnika analize. Oni su otkrili da je materijal pokazao umerenu sposobnost adsorpcije CO 2, imao razmak od 2,5 eV i apsorbovao talasne dužine vidljive svetlosti.
Kada su bili svesni fizičkih i hemijskih svojstava novog materijala, naučnici su ga koristili za katalizaciju redukcije CO 2 u prisustvu vidljive svetlosti. Otkrili su da je KGF-10 uspešno redukovao CO 2 u format (HCOO – ) sa 99% selektivnosti bez potrebe za dodatnim fotosenzibilizatorom ili katalizatorom. Takođe je pokazao rekordno visok prividni kvantni prinos — odnos broja elektrona uključenih u reakciju i ukupnog broja upadnih fotona — od 9,8% na 400 nm. Štaviše, strukturna analiza sprovedena tokom reakcija je otkrila da je KGF-10 pretrpeo strukturne promene, istovremeno olakšavajući fotokatalitičku redukciju.
Ova studija je po prvi put predstavila fotokatalizator visokih performansi na bazi kalaja, bez plemenitih metala, i jednokomponentni fotokatalizator za redukciju CO 2 u formatu pomoću vidljive svetlosti. Odlična svojstva KGF-10 koje je tim pokazao mogu otvoriti nove puteve za njegovu primenu kao fotokatalizatora u reakcijama kao što je smanjenje CO 2 izazvano sunčevom energijom.
„Rezultati naše studije svedoče o činjenici da MOF mogu biti platforma za stvaranje izvanrednih fotokatalitičkih funkcija, obično nedostižnih sa kompleksima molekularnih metala, koristeći netoksične, jeftine i Zemljom bogate metale“, zaključuje prof. Maeda.
