Роман Олово

Jan 06, 2024

Бесконечный спрос на топливо с высоким содержанием углерода для стимулирования экономики продолжает добавлять в атмосферу все больше и больше углекислого газа (CO2). Хотя предпринимаются усилия по сокращению выбросов CO2, это само по себе не может противостоять неблагоприятному воздействию газа, уже присутствующего в атмосфере. Итак, ученые придумали инновационные способы использования существующего в атмосфере CO2, превращая его в полезные химические вещества, такие как муравьиная кислота (HCOOH) и метанол. Популярным методом проведения таких преобразований является использование видимого света для фотовосстановления CO2 с помощью фотокатализаторов.

В недавнем прорыве опубликовано в журнале Angewandte Chemie, International Edition 8 мая 2023 года. Группа исследователей под руководством профессора Казухико Маэда из Токийского технологического института разработала металлоорганический каркас (MOF) на основе олова, который может обеспечить селективное фотовосстановление CO2. Они сообщили о новом MOF на основе олова (Sn) под названием KGF-10 с формулой [SnII2(H3ttc)2.MeOH]n (H3ttc: тритиоциануровая кислота и MeOH: метанол). Он успешно восстановил CO2 в HCOOH в присутствии видимого света. «Большинство высокоэффективных фотокатализаторов снижения CO2, управляемых видимым светом, основаны на редких драгоценных металлах в качестве основных компонентов. Более того, интеграция функций поглощения света и катализа в единую молекулярную единицу, состоящую из большого количества металлов, остается давней проблемой. Следовательно, Sn был идеальным кандидатом, поскольку он может решить обе проблемы», — объясняет Маэда.

MOF, сочетающие в себе лучшее от металлов и органических материалов, изучаются как более экологичная альтернатива традиционным фотокатализаторам на основе редкоземельных металлов. Sn, известный своей способностью действовать как катализатор и поглотитель во время фотокаталитической реакции, может быть многообещающим кандидатом для фотокатализаторов на основе MOF. Хотя MOF, состоящие из циркония, железа и свинца, широко исследованы, о MOF на основе олова известно немного.

Для синтеза MOF KGF-10 на основе олова исследователи использовали в качестве исходных материалов H3ttc, MeOH и хлорид олова и выбрали 1,3-диметил-2-фенил-2,3-дигидро-1H-бензо[d]имидазол. в качестве донора электронов и источника водорода. Приготовленный KGF-10 затем подвергали нескольким методам анализа. Они обнаружили, что материал обладает умеренной способностью к адсорбции CO2, имеет ширину запрещенной зоны 2,5 эВ и поглощает длины волн видимого света.

Узнав о физических и химических свойствах нового материала, ученые использовали его для катализа восстановления CO2 в присутствии видимого света. Они обнаружили, что KGF-10 успешно восстанавливает CO2 до формиата (HCOO-) с селективностью 99 процентов без необходимости использования каких-либо дополнительных фотосенсибилизаторов или катализаторов. Он также продемонстрировал рекордно высокий кажущийся квантовый выход — отношение числа электронов, участвующих в реакции, к общему числу падающих фотонов — 9,8 процента при длине волны 400 нм. Кроме того, структурный анализ, проведенный во время реакций, показал, что KGF-10 претерпел структурные изменения, способствуя фотокаталитическому восстановлению.

В этом исследовании впервые был представлен высокоэффективный однокомпонентный фотокатализатор на основе олова, не содержащий драгоценных металлов, для восстановления CO2 до формиата под воздействием видимого света. Превосходные свойства KGF-10, продемонстрированные командой, откроют новые возможности для его применения в качестве фотокатализатора в таких реакциях, как сокращение выбросов CO2 за счет солнечной энергии. «Результаты нашего исследования являются свидетельством того факта, что MOF могут стать платформой для создания выдающихся фотокаталитических функций, обычно недостижимых с помощью молекулярных комплексов металлов, с использованием нетоксичных, недорогих и широко распространенных на Земле металлов», — заключает Маэда.

- Данный пресс-релиз предоставлен Токийским технологическим институтом.