Romanzo di latta

Jan 06, 2024

La domanda infinita di combustibili ricchi di carbonio per sostenere l’economia continua ad aggiungere sempre più anidride carbonica (CO2) nell’atmosfera. Sebbene vengano compiuti sforzi per ridurre le emissioni di CO2, questo da solo non può contrastare gli effetti negativi del gas già presente nell’atmosfera. Pertanto, gli scienziati hanno escogitato modi innovativi per utilizzare la CO2 atmosferica esistente trasformandola in sostanze chimiche utili come l’acido formico (HCOOH) e il metanolo. Un metodo popolare per effettuare tali conversioni consiste nell’utilizzare la luce visibile per guidare la fotoriduzione della CO2 tramite fotocatalizzatori.

In una recente svolta pubblicato su Angewandte Chemie, edizione internazionale l’8 maggio 2023, un team di ricercatori guidati dal professor Kazuhiko Maeda del Tokyo Institute of Technology ha sviluppato una struttura metallo-organica (MOF) a base di stagno che può consentire la fotoriduzione selettiva della CO2. Hanno riportato un nuovo MOF a base di stagno (Sn) chiamato KGF-10, con la formula [SnII2(H3ttc)2.MeOH]n (H3ttc: acido tritiocianurico e MeOH: metanolo). Ha ridotto con successo la CO2 in HCOOH in presenza di luce visibile. "La maggior parte dei fotocatalizzatori ad alte prestazioni per la riduzione della CO2 guidati dalla luce visibile si basano su metalli rari e preziosi come componenti principali. Inoltre, l'integrazione delle funzioni di assorbimento della luce e catalisi in una singola unità molecolare composta da abbondanti metalli è rimasta una sfida di lunga data. Quindi, Sn era il candidato ideale in quanto può superare entrambe le sfide", spiega Maeda.

I MOF, che portano il meglio sia dei metalli che dei materiali organici, vengono esplorati come l'alternativa più sostenibile ai fotocatalizzatori convenzionali a base di metalli delle terre rare. Lo Sn, noto per la sua capacità di agire sia come catalizzatore che come assorbitore durante una reazione fotocatalitica, potrebbe essere un candidato promettente per fotocatalizzatori basati su MOF. Sebbene i MOF composti da zirconio, ferro e piombo siano stati ampiamente esplorati, non si sa molto sui MOF a base di Sn.

Per sintetizzare il MOF KGF-10 a base di Sn, i ricercatori hanno utilizzato H3ttc, MeOH e cloruro di stagno come materiali di partenza e hanno scelto 1,3-dimetil-2-fenil-2,3-diidro-1H-benzo[d]imidazolo come donatore di elettroni e fonte di idrogeno. Il KGF-10 preparato è stato poi sottoposto a diverse tecniche di analisi. Hanno rivelato che il materiale mostrava una moderata capacità di adsorbimento di CO2, aveva un bandgap di 2,5 eV e assorbiva le lunghezze d’onda della luce visibile.

Una volta consapevoli delle proprietà fisiche e chimiche del nuovo materiale, gli scienziati lo hanno utilizzato per catalizzare la riduzione della CO2 in presenza di luce visibile. Hanno scoperto che il KGF-10 ha ridotto con successo la CO2 in formiato (HCOO-) con una selettività del 99% senza bisogno di alcun fotosensibilizzatore o catalizzatore aggiuntivo. Ha anche mostrato una resa quantica apparente record – il rapporto tra il numero di elettroni coinvolti nella reazione e il numero totale di fotoni incidenti – del 9,8% a 400 nm. Inoltre, l'analisi strutturale effettuata durante le reazioni ha rivelato che KGF-10 ha subito cambiamenti strutturali facilitando la riduzione fotocatalitica.

Questo studio ha presentato per la prima volta un fotocatalizzatore monocomponente a base di stagno ad alte prestazioni, privo di metalli preziosi, per la riduzione della CO2 in formiato tramite luce visibile. Le eccellenti proprietà del KGF-10 dimostrate dal team aprirebbero nuove strade per la sua applicazione come fotocatalizzatore in reazioni come la riduzione di CO2 determinata dall'energia solare. “I risultati del nostro studio testimoniano il fatto che i MOF possono essere una piattaforma per creare eccezionali funzioni fotocatalitiche, solitamente irraggiungibili con complessi metallici molecolari, utilizzando metalli non tossici, economici e abbondanti sulla Terra”, conclude Maeda.

- Il presente comunicato stampa è stato fornito dal Tokyo Institute of Technology