Newswise – La crescente domanda di combustibili a base di carbonio per alimentare l'economia continua ad aumentare la quantità di anidride carbonica (CO2) nell'atmosfera. Sebbene si stiano compiendo sforzi per ridurre le emissioni di CO2, ciò non attenua gli effetti nocivi del gas già presente nell'atmosfera. Pertanto, i ricercatori hanno ideato metodi creativi per utilizzare la CO2 atmosferica convertendola in sostanze preziose come l'acido formico (HCOOH) e il metanolo. La fotoriduzione della CO2 mediante fotocatalizzatori che utilizzano la luce visibile come catalizzatore è un metodo diffuso per tali conversioni.
Nell'ultima scoperta, rivelata nell'edizione internazionale dell'8 maggio 2023 di Angewandte Chemie, il professor Kazuhiko Maeda e il suo team di ricerca presso il Tokyo Institute of Technology hanno compiuto progressi significativi. Hanno sviluppato con successo una struttura metallo-organica (MOF) a base di stagno (Sn) che promuove la fotoriduzione selettiva della CO2. La MOF recentemente introdotta è stata denominata KGF-10 e la sua formula chimica è [SnII2(H3ttc)2.MeOH]n (H3ttc: acido tritiocianurico, MeOH: metanolo). Utilizzando la luce visibile, KGF-10 converte efficacemente la CO2 in acido formico (HCOOH). Il professor Maeda ha spiegato: "Ad oggi, sono stati sviluppati molti fotocatalizzatori altamente efficienti per la riduzione della CO2 basati su metalli rari e nobili. Tuttavia, integrare le funzioni di assorbimento della luce e catalitiche in una singola unità molecolare composta da un gran numero di metalli rimane una sfida". Pertanto, lo stagno si è dimostrato un candidato ideale per superare questi due ostacoli."
I MOF, che combinano i vantaggi dei metalli e dei materiali organici, vengono studiati come alternativa più ecologica ai tradizionali fotocatalizzatori a base di metalli delle terre rare. Lo stagno (Sn), noto per il suo duplice ruolo di catalizzatore e assorbitore di luce nei processi fotocatalitici, potrebbe rappresentare una valida opzione per i fotocatalizzatori a base di MOF. Sebbene i MOF composti da zirconio, ferro e piombo siano stati ampiamente studiati, la comprensione dei MOF a base di Sn è ancora limitata. Ulteriori studi sono necessari per esplorare appieno le possibilità e le potenziali applicazioni dei MOF a base di Sn nel campo della fotocatalisi.
Per sintetizzare il MOF a base di stagno KGF-10, i ricercatori hanno utilizzato H3ttc (acido tritiocianurico), MeOH (metanolo) e cloruro di stagno come componenti di partenza. Hanno scelto 1,3-dimetil-2-fenil-2,3-diidro-1H-benzo[d]imidazolo come donatore di elettroni e fonte di idrogeno. Dopo la sintesi, il KGF-10 ottenuto è stato sottoposto a vari metodi analitici. Questi test hanno mostrato che il materiale ha una moderata capacità di adsorbimento di CO2 con un band gap di 2,5 eV e un assorbimento efficace nella gamma di lunghezze d'onda del visibile.
Grazie alla conoscenza delle proprietà fisiche e chimiche del nuovo materiale, gli scienziati lo hanno utilizzato per catalizzare la riduzione dell'anidride carbonica mediante luce visibile. In particolare, i ricercatori hanno scoperto che KGF-10 converte la CO2 in formiato (HCOO-) con una selettività fino al 99% senza l'ausilio di alcun fotosensibilizzatore o catalizzatore. Inoltre, KGF-10 ha dimostrato una resa quantica apparente eccezionalmente elevata – una misura dell'efficienza di utilizzo dei fotoni – raggiungendo un valore del 9,8% a 400 nm. È importante sottolineare che l'analisi strutturale effettuata durante la reazione fotocatalitica ha mostrato che KGF-10 subisce una modifica strutturale per favorire il processo di riduzione.
Questa ricerca innovativa presenta un fotocatalizzatore a base di stagno ad alte prestazioni, denominato KGF-10, che non necessita di metalli nobili come catalizzatore unidirezionale per la riduzione della CO2 a formiato mediante luce visibile. Le straordinarie proprietà del KGF-10, dimostrate in questo studio, potrebbero rivoluzionarne l'utilizzo come fotocatalizzatore in diverse applicazioni, tra cui la riduzione solare della CO2. Il Prof. Maeda conclude: "I nostri risultati indicano che i MOF possono fungere da piattaforma per lo sviluppo di capacità fotocatalitiche superiori attraverso l'utilizzo di metalli non tossici, economici e abbondanti sulla Terra, che spesso sono complessi metallici molecolari finora irraggiungibili". Questa scoperta apre nuovi orizzonti nel campo della fotocatalisi e spiana la strada a un utilizzo sostenibile ed efficiente delle risorse della Terra.
Newswise offre ai giornalisti l'accesso alle ultime notizie e una piattaforma che consente a università, istituzioni e giornalisti di diffondere le notizie in tempo reale al proprio pubblico.