Новая банка

Исследователи из Токийского технологического института разработали металлоорганический каркас (MOF) на основе олова, который может фотокаталитически восстанавливать углекислый газ (CO2) в формиат под действием видимого света. MOF на основе олова продемонстрировал высокий кажущийся квантовый выход 9,8% и осуществил чрезвычайно селективное фотовосстановление без необходимости использования дополнительного фотосенсибилизатора. Это может оказаться чрезвычайно полезным, поскольку в настоящее время большинство металлокомплексов по сокращению CO2 до полезных химикатов используют дорогие, редкие и драгоценные металлы.

Статья об этой работе опубликована в журнале Angewandte Chemie, International Edition.

Продолжающийся спрос на топливо с высоким содержанием углерода для стимулирования экономики продолжает увеличивать выбросы углекислого газа (CO2) в атмосферу. Хотя предпринимаются усилия по сокращению выбросов CO2, это само по себе не может противостоять неблагоприятному воздействию газа, уже присутствующего в атмосфере. Итак, ученые разрабатывают 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.

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 выбросов CO2, работающих под действием видимого света, основаны на использовании редких драгоценных металлов 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.

MOF, сочетающие в себе лучшее от металлов и органических материалов, изучаются как более экологичная альтернатива традиционным фотокатализаторам на основе редкоземельных металлов. 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% 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% 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 действием видимого света. Превосходные свойства KGF-10, продемонстрированные командой, могут открыть новые возможности для его применения в качестве фотокатализатора в таких реакциях, как сокращение выбросов CO2 за счет солнечной энергии.

Ресурсы

Ёсинобу Камакура, Чомпоноот Суппасо, Иссей Ямамото, Рюсуке Мизуоти, Юсуке Асаи, Теруки Мотохаси, Дайсуке Танака и Кадзухико Маэда1 (2023) «Металорганические каркасы на основе олова (II), обеспечивающие эффективное селективное восстановление CO2 до формиата под видимым светом Angewandte Chemie, международное издание, номер: 10.1002/anie.202305923.