Newswise – Экономиканы отынмен қамтамасыз ету үшін көміртегі негізіндегі отынға деген сұраныстың артуы ауадағы көмірқышқыл газының (CO2) мөлшерін арттыруды жалғастыруда. CO2 шығарындыларын азайтуға күш салынып жатқанымен, бұл атмосферадағы газдың зиянды әсерін азайтпайды. Сондықтан зерттеушілер атмосфералық CO2-ні құмырсқа қышқылы (HCOOH) және метанол сияқты құнды заттарға айналдыру арқылы пайдаланудың шығармашылық жолдарын ойлап тапты. Көрінетін жарықты катализатор ретінде пайдалана отырып, фотокатализаторларды пайдаланып CO2-ні фотототықсыздандыру мұндай түрлендірулердің танымал әдісі болып табылады.
2023 жылдың 8 мамырындағы Angewandte Chemie халықаралық басылымында жарияланған соңғы жаңалықта профессор Казухико Маэда және оның Токио технологиялық институтындағы зерттеу тобы айтарлықтай жетістіктерге жетті. Олар CO2 селективті фотототықсыздануын ынталандыратын қалайы (Sn) металл-органикалық құрылымын (MOF) сәтті жасап шығарды. Жақында енгізілген MOF KGF-10 деп аталды және оның химиялық формуласы [SnII2(H3ttc)2.MeOH]n (H3ttc: тритиоциан қышқылы, MeOH: метанол). Көрінетін жарықты пайдалана отырып, KGF-10 CO2-ні құмырсқа қышқылына (HCOOH) тиімді түрде түрлендіреді. Профессор Маэда былай деп түсіндірді: «Бүгінгі күнге дейін сирек кездесетін және асыл металдарға негізделген CO2 тотықсыздандыратын көптеген жоғары тиімді фотокатализаторлар жасалды. Дегенмен, жарықты сіңіретін және каталитикалық функцияларды көптеген металдардан тұратын бір молекулалық бірлікке біріктіру қиындық тудыруда». Осылайша, Sn бұл екі кедергіні жеңу үшін тамаша кандидат болып шықты».
Металлдар мен органикалық материалдардың артықшылықтарын біріктіретін MOF сирек кездесетін жер металдарына негізделген дәстүрлі фотокатализаторларға экологиялық таза балама ретінде зерттелуде. Фотокатализатор процестерінде катализатор және жарық сіңіргіш ретіндегі қос рөлімен танымал Sn MOF негізіндегі фотокатализаторлар үшін әлеуетті нұсқа болуы мүмкін. Цирконий, темір және қорғасыннан тұратын MOF кеңінен зерттелгенімен, Sn негізіндегі MOF-тарды түсіну әлі де шектеулі. Sn негізіндегі MOF-тардың фотокатализ саласындағы мүмкіндіктері мен әлеуетті қолданылуын толық зерттеу үшін қосымша зерттеулер мен зерттеулер қажет.
Қалайы негізіндегі MOF KGF-10 синтездеу үшін зерттеушілер бастапқы компоненттер ретінде H3ttc (тритиоциан қышқылы), MeOH (метанол) және қалайы хлоридін пайдаланды. Олар электрон доноры және сутегі көзі ретінде 1,3-диметил-2-фенил-2,3-дигидро-1H-бензо[d]имидазолды таңдады. Синтезден кейін алынған KGF-10 әртүрлі аналитикалық әдістерге ұшырады. Бұл сынақтар материалдың 2,5 эВ жолақ аралығы бар орташа CO2 адсорбциялық қабілетіне және көрінетін толқын ұзындығы диапазонында тиімді абсорбцияға ие екенін көрсетті.
Жаңа материалдың физикалық және химиялық қасиеттерін біле отырып, ғалымдар оны көрінетін жарық арқылы көмірқышқыл газының тотықсыздануын катализдеу үшін пайдаланды. Зерттеушілер KGF-10 қосымша фотосенсибилизатор немесе катализаторсыз 99%-ға дейін селективтілікпен CO2-ні формаға (HCOO-) айналдыруға қол жеткізетінін анықтады. Сонымен қатар, KGF-10 фотондарды пайдалану тиімділігінің көрсеткіші болып табылатын бұрын-соңды болмаған жоғары көрінетін кванттық өнімділікті көрсетті, бұл 400 нм-де 9,8% мәніне жетті. Фотокаталитикалық реакция кезінде жүргізілген құрылымдық талдау KGF-10 тотықсыздану процесіне көмектесу үшін құрылымдық модификациядан өтетінін көрсетті.
Бұл инновациялық зерттеу көрінетін жарық арқылы CO2 түзілуіне дейін тотықсыздандыру үшін бір жақты катализатор ретінде асыл металдарды қажет етпейтін жоғары өнімді қалайы негізіндегі KGF-10 фотокатализаторын ұсынады. Бұл зерттеуде көрсетілген KGF-10-ның керемет қасиеттері оны күн энергиясымен CO2 тотықсыздандыруды қоса алғанда, әртүрлі қолданбаларда фотокатализатор ретінде пайдалануда төңкеріс жасай алады. Профессор Маэда былай деп қорытындылайды: «Біздің нәтижелеріміз MOF-тар Жерде кездесетін улы емес, үнемді және мол металдарды, көбінесе молекулалық металл кешендерін пайдалану арқылы жоғары фотокаталитикалық мүмкіндіктерді дамыту үшін платформа бола алатынын көрсетеді. Қолжетімді емес». Бұл жаңалық фотокатализ саласындағы жаңа мүмкіндіктер көкжиектерін ашады және Жер ресурстарын тұрақты және тиімді пайдалануға жол ашады.
Newswise журналистерге шұғыл жаңалықтарға қол жеткізуді және университеттерге, мекемелерге және журналистерге өз аудиториясына шұғыл жаңалықтарды таратуға мүмкіндік береді.