Fréttavísir – Vaxandi eftirspurn eftir kolefnisbundnu eldsneyti til að knýja hagkerfið heldur áfram að auka magn koltvísýrings (CO2) í loftinu. Þótt unnið sé að því að draga úr losun CO2 dregur það ekki úr skaðlegum áhrifum gassins sem þegar er í andrúmsloftinu. Þess vegna hafa vísindamenn fundið upp skapandi leiðir til að nota CO2 í andrúmsloftinu með því að breyta því í verðmæt efni eins og maurasýru (HCOOH) og metanól. Ljósafoxun CO2 með ljóshvötum sem nota sýnilegt ljós sem hvata er vinsæl aðferð við slíka umbreytingu.
Í nýjustu byltingarkenningunni, sem birt var í alþjóðlegri útgáfu Angewandte Chemie þann 8. maí 2023, hafa prófessor Kazuhiko Maeda og rannsóknarteymi hans við Tækniháskólann í Tókýó náð verulegum árangri. Þeim hefur tekist að þróa tin (Sn) málm-lífrænt rammaverk (MOF) sem stuðlar að sértækri ljósafoxun CO2. Nýlega kynnta MOF-ið hét KGF-10 og efnaformúla þess er [SnII2(H3ttc)2.MeOH]n (H3ttc: tríþíósýanúrínsýra, MeOH: metanól). Með því að nota sýnilegt ljós breytir KGF-10 CO2 á áhrifaríkan hátt í maurasýru (HCOOH). Prófessor Maeda útskýrði: „Hingað til hafa margir mjög skilvirkir ljóshvata til CO2-afoxunar byggðir á sjaldgæfum og eðalmálmum verið þróaðir. Hins vegar er það enn áskorun að samþætta ljósgleypandi og hvatandi virkni í eina sameindaeiningu sem samanstendur af fjölda málma.“ Þannig reyndist Sn vera kjörinn kostur til að sigrast á þessum tveimur hindrunum.
MOF-efni, sem sameina kosti málma og lífrænna efna, eru skoðuð sem grænni valkostur við hefðbundna ljóshvata byggða á sjaldgæfum jarðmálmum. Sn, þekkt fyrir tvöfalt hlutverk sitt sem hvati og ljósgleypi í ljóshvataferlum, gæti hugsanlega verið raunhæfur kostur fyrir MOF-byggða ljóshvata. Þó að MOF-efni sem samanstanda af sirkon, járni og blýi hafi verið rannsökuð ítarlega, er skilningur á Sn-byggðum MOF-efnum enn takmarkaður. Frekari rannsókna er þörf til að kanna til fulls möguleika og möguleg notkun Sn-byggðra MOF-efna á sviði ljóshvata.
Til að mynda tin-byggðan MOF KGF-10 notuðu vísindamennirnir H3ttc (tríþíósýanúrínsýru), MeOH (metanól) og tinklóríð sem upphafsefni. Þeir völdu 1,3-dímetýl-2-fenýl-2,3-díhýdró-1H-bensó[d]ímídasól sem rafeindagjafa og vetnisgjafa. Eftir myndunina var KGF-10 sem fékkst notað með ýmsum greiningaraðferðum. Þessar prófanir sýndu að efnið hefur miðlungsmikla CO2 aðsogsgetu með bandbili upp á 2,5 eV og virka frásogsgetu á sýnilegu bylgjulengdarsviði.
Vopnaðir þekkingu á eðlis- og efnafræðilegum eiginleikum nýja efnisins notuðu vísindamennirnir það til að hvata afoxun koltvísýrings með sýnilegu ljósi. Athyglisvert er að vísindamennirnir komust að því að KGF-10 nær umbreytingu CO2 í format (HCOO-) með allt að 99% sértækni án nokkurs ljósnæmis eða hvata. Að auki sýndi KGF-10 fordæmalaust hátt sýnilegt skammtaafköst - mælikvarði á skilvirkni notkunar ljóseinda - sem náði 9,8% gildi við 400 nm. Athyglisvert er að byggingargreining sem framkvæmd var meðan á ljóshvötun stóð sýndi að KGF-10 gengst undir byggingarbreytingu til að aðstoða við afoxunarferlið.
Þessi byltingarkennda rannsókn kynnir afkastamikla ljósvirka tin-byggða ljósvirka hvata, KGF-10, sem þarfnast ekki eðalmálma sem einstefnu hvata til að afoxa CO2 í format með sýnilegu ljósi. Þeir einstöku eiginleikar KGF-10 sem sýndir eru fram á í þessari rannsókn gætu gjörbylta notkun þess sem ljósvirka hvata í ýmsum tilgangi, þar á meðal við minnkun CO2 frá sól. Prófessor Maeda lýkur á þessa leið: „Niðurstöður okkar benda til þess að eðalmálmar geti þjónað sem vettvangur fyrir þróun framúrskarandi ljósvirkra eiginleika með því að nota eiturefnalaus, hagkvæm og algeng málma sem finnast á jörðinni, sem oft eru sameindamálmfléttur. Óframkvæmanlegt.“ Þessi uppgötvun opnar nýja möguleika, nýjar sjóndeildarhringi á sviði ljósvirkjunar og ryður brautina fyrir sjálfbæra og skilvirka nýtingu auðlinda jarðar.
Newswise veitir blaðamönnum aðgang að fréttum og vettvang fyrir háskóla, stofnanir og blaðamenn til að dreifa fréttum til áhorfenda sinna.