Lata novedosa

Oct 29, 2023

Investigadores de Tokyo Tech han desarrollado un marco orgánico metalúrgico (MOF) a base de estaño que puede reducir fotocatalíticamente el dióxido de carbono (CO2) en formiato bajo luz visible. El MOF a base de estaño exhibió un alto rendimiento cuántico aparente del 9,8 % y llevó a cabo una fotorreducción extremadamente selectiva sin necesidad de un fotosensibilizador adicional. Esto podría resultar extremadamente útil, ya que actualmente, la mayoría de los complejos metálicos para reducir el CO2 en productos químicos útiles utilizan metales caros, raros y preciosos.

Se publica un artículo sobre el trabajo en Angewandte Chemie, International Edition.

La demanda continua de combustibles ricos en carbono para impulsar la economía sigue agregando más dióxido de carbono (CO2) a la atmósfera. Si bien se están realizando esfuerzos para reducir las emisiones de CO2, eso por sí solo no puede contrarrestar los efectos adversos del gas que ya está presente en la atmósfera. Por lo tanto, los científicos están desarrollando formas innovadoras de utilizar el CO2 atmosférico existente transformándolo en sustancias químicas útiles como el ácido fórmico (HCOOH) y el metanol. Un método popular para llevar a cabo tales conversiones es usar luz visible para impulsar la fotorreducción de CO2 a través de fotocatalizadores.

Un equipo de investigadores dirigido por el Prof. Kazuhiko Maeda del Instituto de Tecnología de Tokio ha desarrollado un marco orgánico metalúrgico (MOF) a base de estaño que puede permitir la fotorreducción selectiva de CO2. Informaron sobre un nuevo MOF basado en estaño (Sn) llamado KGF-10, con la fórmula [SnII2 (H3ttc) 2.MeOH] n (H3ttc: ácido tritiocianúrico y MeOH: metanol). Redujo con éxito el CO2 a HCOOH en presencia de luz visible.

La mayoría de los fotocatalizadores de reducción de CO2 de alto rendimiento impulsados ​​por luz visible se basan en metales preciosos raros como componentes principales. Además, la integración de las funciones de absorción de luz y catálisis en una sola unidad molecular compuesta por abundantes metales sigue siendo un desafío de larga data. Por lo tanto, Sn era el candidato ideal ya que puede superar ambos desafíos.

Los MOF, que aportan lo mejor de los metales y los materiales orgánicos, se están explorando como la alternativa más sostenible a los fotocatalizadores convencionales basados ​​en metales de tierras raras. Si bien los MOF compuestos de circonio, hierro y plomo se han explorado ampliamente, no se sabe mucho sobre los MOF basados ​​en Sn.

Para sintetizar el MOF KGF-10 basado en Sn, los investigadores utilizaron H3ttc, MeOH y cloruro de estaño como materiales de partida y eligieron 1,3-dimetil-2-fenil-2,3-dihidro-1H-benzo[d]imidazol como donante de electrones y fuente de hidrógeno. El KGF-10 preparado se sometió luego a varias técnicas de análisis. Revelaron que el material mostraba una capacidad moderada de adsorción de CO2, tenía una banda prohibida de 2,5 eV y absorbía longitudes de onda de luz visible.

Una vez que conocieron las propiedades físicas y químicas del nuevo material, los científicos lo utilizaron para catalizar la reducción de CO2 en presencia de luz visible. Descubrieron que KGF-10 redujo con éxito el CO2 en formiato (HCOO-) con una selectividad del 99% sin necesidad de ningún fotosensibilizador o catalizador adicional.

También exhibió un rendimiento cuántico aparente récord (la relación entre el número de electrones involucrados en la reacción y el número total de fotones incidentes) del 9,8 % a 400 nm. Además, el análisis estructural llevado a cabo durante las reacciones reveló que KGF-10 experimentó cambios estructurales al tiempo que facilitaba la reducción fotocatalítica.

Este estudio presentó por primera vez un fotocatalizador de un solo componente, libre de metales preciosos y de alto rendimiento a base de estaño para la reducción de CO2 a formiato impulsada por luz visible. Las excelentes propiedades de KGF-10 demostradas por el equipo podrían abrir nuevas vías para su aplicación como fotocatalizador en reacciones como la reducción de CO2 impulsada por energía solar.

Recursos

Yoshinobu Kamakura, Chomponoot Suppaso, Issei Yamamoto, Ryusuke Mizuochi, Yusuke Asai, Teruki Motohashi, Daisuke Tanaka y Kazuhiko Maeda1 (2023) "Estructuras orgánicas de metal basadas en estaño (II) que permiten una reducción eficiente y selectiva de CO2 para formatear bajo luz visible " " Angewandte Chemie, edición internacional doi: 10.1002/anie.202305923

Publicado el 05 junio 2023 en Captura y conversión de carbono (CCC), Combustibles, Antecedentes del mercado, Materiales | Enlace permanente | Comentarios (2)