Newswise – Ekonomiyi beslemek için karbon bazlı yakıtlara olan artan talep, havadaki karbondioksit (CO2) miktarını artırmaya devam ediyor. CO2 emisyonlarını azaltmak için çabalar sarf edilse de, bu durum atmosferde zaten bulunan gazın zararlı etkilerini hafifletmiyor. Bu nedenle araştırmacılar, atmosferik CO2'yi formik asit (HCOOH) ve metanol gibi değerli maddelere dönüştürerek kullanmanın yaratıcı yollarını buldular. Görünür ışığı katalizör olarak kullanan fotokatalizörler ile CO2'nin fotoredüksiyonu, bu tür dönüşümler için popüler bir yöntemdir.
8 Mayıs 2023 tarihli Angewandte Chemie'nin uluslararası baskısında açıklanan son atılımda, Tokyo Teknoloji Enstitüsü'nden Profesör Kazuhiko Maeda ve araştırma ekibi önemli bir ilerleme kaydetti. CO2'nin seçici fotoredüksiyonunu destekleyen bir kalay (Sn) metal-organik çerçeve (MOF) geliştirmeyi başardılar. Yeni tanıtılan MOF'a KGF-10 adı verildi ve kimyasal formülü [SnII2(H3ttc)2.MeOH]n'dir (H3ttc: tritiyosiyanürik asit, MeOH: metanol). Görünür ışık kullanarak, KGF-10 etkili bir şekilde CO2'yi formik aside (HCOOH) dönüştürüyor. Profesör Maeda şöyle açıkladı: “Bugüne kadar, nadir ve değerli metallere dayalı birçok yüksek verimli CO2 indirgeme fotokatalizörü geliştirildi. Bununla birlikte, ışık emici ve katalitik fonksiyonları çok sayıda metalden oluşan tek bir moleküler birime entegre etmek hala bir zorluktur.” Bu nedenle, Sn bu iki engeli aşmak için ideal bir aday olduğunu kanıtladı.”
Metallerin ve organik malzemelerin avantajlarını birleştiren MOF'lar, nadir toprak metallerine dayalı geleneksel fotokatalizörlere daha çevreci bir alternatif olarak araştırılmaktadır. Fotokatalizör süreçlerinde hem katalizör hem de ışık emici olarak ikili rolüyle bilinen kalay (Sn), MOF tabanlı fotokatalizörler için potansiyel olarak uygun bir seçenek olabilir. Zirkonyum, demir ve kurşundan oluşan MOF'lar kapsamlı bir şekilde incelenmiş olsa da, kalay bazlı MOF'lar hakkındaki bilgiler hala sınırlıdır. Kalay bazlı MOF'ların fotokataliz alanındaki olanaklarını ve potansiyel uygulamalarını tam olarak keşfetmek için daha fazla çalışma ve araştırmaya ihtiyaç vardır.
Araştırmacılar, kalay bazlı MOF KGF-10'u sentezlemek için başlangıç ​​bileşenleri olarak H3ttc (tritiyosiyanürik asit), MeOH (metanol) ve kalay klorür kullandılar. Elektron verici ve hidrojen kaynağı olarak 1,3-dimetil-2-fenil-2,3-dihidro-1H-benzo[d]imidazolü seçtiler. Sentezden sonra elde edilen KGF-10, çeşitli analitik yöntemlere tabi tutuldu. Bu testler, malzemenin 2,5 eV'lik bir bant aralığına ve görünür dalga boyu aralığında etkili absorpsiyona sahip orta düzeyde bir CO2 adsorpsiyon kapasitesine sahip olduğunu gösterdi.
Bilim insanları, yeni malzemenin fiziksel ve kimyasal özelliklerine dair bilgi birikimiyle, görünür ışık kullanarak karbondioksitin indirgenmesini katalize etmek için kullandılar. Özellikle, araştırmacılar KGF-10'un herhangi bir yardımcı fotosensitizatör veya katalizör olmadan %99'a varan seçicilikle CO2'yi formata (HCOO-) dönüştürdüğünü buldular. Ek olarak, KGF-10, fotonların kullanım verimliliğinin bir ölçüsü olan, daha önce görülmemiş derecede yüksek bir görünür kuantum verimi göstererek 400 nm'de %9,8'lik bir değere ulaştı. Özellikle, fotokatalitik reaksiyon sırasında yapılan yapısal analiz, KGF-10'un indirgeme sürecine yardımcı olmak için yapısal bir modifikasyona uğradığını gösterdi.
Bu çığır açan araştırma, görünür ışıkla CO2'nin formata indirgenmesi için tek yönlü bir katalizör olarak, değerli metallere ihtiyaç duymayan yüksek performanslı kalay bazlı bir fotokatalizör olan KGF-10'u sunmaktadır. Bu çalışmada gösterilen KGF-10'un olağanüstü özellikleri, güneş enerjisiyle CO2 indirgeme de dahil olmak üzere çeşitli uygulamalarda fotokatalizör olarak kullanımında devrim yaratabilir. Prof. Maeda şu sonuca varıyor: “Sonuçlarımız, MOF'ların, genellikle moleküler metal kompleksleri olan, toksik olmayan, uygun maliyetli ve bol miktarda bulunan metallerin kullanımı yoluyla üstün fotokatalitik yetenekler geliştirmek için bir platform görevi görebileceğini göstermektedir.” Bu keşif, fotokataliz alanında yeni olanaklar ve ufuklar açmakta ve Dünya'nın kaynaklarının sürdürülebilir ve verimli kullanımının yolunu açmaktadır.
Newswise, gazetecilere son dakika haberlerine erişim imkanı sağlarken, üniversiteler, kurumlar ve gazetecilerin de son dakika haberlerini kendi kitlelerine ulaştırmaları için bir platform sunuyor.