חדשות - הביקוש הגובר לדלקים מבוססי פחמן להזנת הכלכלה ממשיך להגדיל את כמות הפחמן הדו-חמצני (CO2) באוויר. בעוד שנעשים מאמצים להפחית את פליטות ה-CO2, הדבר אינו ממתן את ההשפעות המזיקות של הגז שכבר נמצא באטמוספירה. לכן, חוקרים מצאו דרכים יצירתיות להשתמש ב-CO2 אטמוספרי על ידי המרתו לחומרים יקרי ערך כמו חומצה פורמית (HCOOH) ומתנול. פוטורדוקציה של CO2 באמצעות פוטו-זרזים המשתמשים באור נראה כזרז היא שיטה פופולרית להמרות כאלה.
בפריצת הדרך האחרונה, שנחשפה במהדורה הבינלאומית של Angewandte Chemie ב-8 במאי 2023, פרופסור קזוהיקו מאדה וצוות המחקר שלו במכון הטכנולוגי של טוקיו עשו התקדמות משמעותית. הם פיתחו בהצלחה מסגרת מתכת-אורגנית (MOF) עשויה מבדיל (Sn) המקדמת פוטו-רדוקציה סלקטיבית של CO2. ה-MOF שהוצג לאחרונה נקרא KGF-10 והנוסחה הכימית שלו היא [SnII2(H3ttc)2.MeOH]n (H3ttc: חומצה טריתיוציאנורית, MeOH: מתנול). באמצעות אור נראה, KGF-10 ממיר ביעילות CO2 לחומצה פורמית (HCOOH). פרופסור מאדה הסביר, "עד כה פותחו פוטו-קטליזטורים יעילים רבים להפחתת CO2 המבוססים על מתכות נדירות ואצילות. עם זאת, שילוב פונקציות סופגות אור וקטליטיות ליחידה מולקולרית אחת המורכבת ממספר רב של מתכות נותר אתגר." לפיכך, Sn הוכיח את עצמו כמועמד אידיאלי להתגבר על שני המכשולים הללו.
MOFs, המשלבים את היתרונות של מתכות וחומרים אורגניים, נבדקים כחלופה ירוקה יותר לפוטו-זרזים מסורתיים המבוססים על מתכות אדמה נדירות. Sn, הידוע בתפקידו הכפול כזרז וכבולם אור בתהליכי פוטו-זרז, עשוי להיות אופציה בת קיימא עבור פוטו-זרזים מבוססי MOF. למרות ש-MOFs המורכבים מזירקוניום, ברזל ועופרת נחקרו בהרחבה, ההבנה של MOFs מבוססי Sn עדיין מוגבלת. יש צורך במחקרים נוספים כדי לחקור באופן מלא את האפשרויות והיישומים הפוטנציאליים של MOFs מבוססי Sn בתחום הפוטוקטליזה.
כדי לסנתז MOF KGF-10 מבוסס פח, החוקרים השתמשו ב-H3ttc (חומצה טריתיוציאנורית), MeOH (מתנול) ובדיל כלוריד כמרכיבים התחלתיים. הם בחרו ב-1,3-דימתיל-2-פניל-2,3-דיהידרו-1H-בנזו[ד]אימידאזול כתורם אלקטרונים ומקור מימן. לאחר הסינתזה, ה-KGF-10 שהתקבל עבר שיטות אנליטיות שונות. בדיקות אלו הראו כי לחומר קיבולת ספיחה בינונית של CO2 עם פער פס של 2.5 eV וספיגה יעילה בטווח אורכי הגל הנראה.
חמושים בידע על התכונות הפיזיקליות והכימיות של החומר החדש, המדענים השתמשו בו כדי לזרז את החיזור של פחמן דו-חמצני על ידי אור נראה. ראוי לציין כי החוקרים מצאו כי KGF-10 משיג המרה של CO2 לפורמט (HCOO-) עם סלקטיביות של עד 99% ללא כל זרז או רגישות יתר עזר. בנוסף, KGF-10 הדגים ניצולת קוונטית נראית לעין גבוהה חסרת תקדים - מדד ליעילות השימוש בפוטונים - שהגיעה לערך של 9.8% ב-400 ננומטר. ראוי לציין כי ניתוח מבני שבוצע במהלך התגובה הפוטו-קטליטית הראה כי KGF-10 עובר שינוי מבני כדי לסייע בתהליך החיזור.
מחקר פורץ דרך זה מציג פוטו-קטליזטור מבוסס בדיל בעל ביצועים גבוהים, KGF-10, ללא צורך במתכות אצילות, כזרז חד-כיווני להפחתת CO2 לפורמט על ידי אור נראה. התכונות המדהימות של KGF-10 שהודגמו במחקר זה עשויות לחולל מהפכה בשימוש בו כפוטו-קטליזטור במגוון יישומים, כולל הפחתת CO2 סולארית. פרופסור מאדה מסכם: "התוצאות שלנו מצביעות על כך ש-MOFs יכולים לשמש פלטפורמה לפיתוח יכולות פוטו-קטליטיות מעולות באמצעות מתכות לא רעילות, חסכוניות ונפוצות הנמצאות על פני כדור הארץ, שלעתים קרובות הן קומפלקסים של מתכות מולקולריות. בלתי ניתנים להשגה." תגלית זו פותחת אפשרויות חדשות ואופקים חדשים בתחום הפוטוקטליזה וסוללת את הדרך לשימוש בר-קיימא ויעיל במשאבי כדור הארץ.
ניוזווייז מספקת לעיתונאים גישה לחדשות מתפרצות ופלטפורמה לאוניברסיטאות, מוסדות ועיתונאים להפיץ חדשות מתפרצות לקהל שלהם.