Romanzo di latta

I ricercatori della Tokyo Tech hanno sviluppato una struttura metallo-organica (MOF) a base di stagno in grado di ridurre fotocataliticamente l’anidride carbonica (CO2) in formiato sotto luce visibile. Il MOF a base di stagno ha mostrato un'elevata resa quantica apparente del 9,8% e ha effettuato una fotoriduzione estremamente selettiva senza bisogno di un fotosensibilizzatore aggiuntivo. Ciò potrebbe rivelarsi estremamente utile, poiché attualmente la maggior parte dei complessi metallici per ridurre la CO2 in sostanze chimiche utili utilizzano metalli costosi, rari e preziosi.

Un articolo sull'opera è pubblicato in Angewandte Chemie, International Edition.

La continua domanda di combustibili ricchi di carbonio per sostenere l’economia continua ad aggiungere 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 stanno sviluppando 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.

Un team di ricercatori guidati dal Prof. 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 di catalisi in un’unica 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.

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. 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 potrebbero aprire nuove strade per la sua applicazione come fotocatalizzatore in reazioni come la riduzione di CO2 determinata dall'energia solare.

Risorse

Yoshinobu Kamakura, Chomponoot Suppaso, Issei Yamamoto, Ryusuke Mizuochi, Yusuke Asai, Teruki Motohashi, Daisuke Tanaka e Kazuhiko Maeda1 (2023) "Strutture metallo-organiche a base di stagno (II) che consentono una riduzione efficiente e selettiva della formazione di CO2 sotto la luce visibile " Angewandte Chemie, Edizione Internazionale doi: 10.1002/anie.202305923