Newswise – La creciente demanda de combustibles fósiles para impulsar la economía sigue incrementando la cantidad de dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera. Si bien se están realizando esfuerzos para reducir las emisiones de CO2, esto no mitiga los efectos nocivos del gas ya presente en el aire. Por ello, los investigadores han ideado formas creativas de utilizar el CO2 atmosférico, transformándolo en sustancias valiosas como el ácido fórmico (HCOOH) y el metanol. La fotorreducción de CO2 mediante fotocatalizadores que utilizan luz visible como catalizador es un método popular para estas conversiones.
En el último avance, publicado en la edición internacional del 8 de mayo de 2023 de Angewandte Chemie, el profesor Kazuhiko Maeda y su equipo de investigación del Instituto Tecnológico de Tokio han logrado un progreso significativo. Han desarrollado con éxito una estructura metalorgánica (MOF) de estaño (Sn) que promueve la fotorreducción selectiva de CO2. La MOF recientemente presentada se denominó KGF-10 y su fórmula química es [SnII2(H3ttc)2.MeOH]n (H3ttc: ácido tritiocianúrico, MeOH: metanol). Mediante luz visible, KGF-10 convierte eficazmente el CO2 en ácido fórmico (HCOOH). El profesor Maeda explicó: «Hasta la fecha, se han desarrollado muchos fotocatalizadores altamente eficientes para la reducción de CO2 basados ​​en metales raros y nobles. Sin embargo, integrar las funciones de absorción de luz y catalíticas en una sola unidad molecular compuesta por un gran número de metales sigue siendo un desafío». Por lo tanto, el estaño demostró ser un candidato ideal para superar estos dos obstáculos.
Los MOF, que combinan las ventajas de los metales y los materiales orgánicos, se están explorando como una alternativa más ecológica a los fotocatalizadores tradicionales basados ​​en metales de tierras raras. El estaño (Sn), conocido por su doble función como catalizador y absorbente de luz en los procesos fotocatalíticos, podría ser una opción viable para los fotocatalizadores basados ​​en MOF. Si bien los MOF compuestos de circonio, hierro y plomo se han estudiado ampliamente, el conocimiento sobre los MOF basados ​​en Sn aún es limitado. Se necesitan más estudios para explorar plenamente las posibilidades y las posibles aplicaciones de los MOF basados ​​en Sn en el campo de la fotocatálisis.
Para sintetizar el MOF KGF-10 a base de estaño, los investigadores utilizaron ácido tritiocianúrico (H3ttc), metanol (MeOH) y cloruro de estaño como componentes iniciales. Seleccionaron 1,3-dimetil-2-fenil-2,3-dihidro-1H-benzo[d]imidazol como donador de electrones y fuente de hidrógeno. Tras la síntesis, el KGF-10 obtenido se sometió a diversos métodos analíticos. Estos análisis demostraron que el material posee una capacidad de adsorción de CO2 moderada, con una banda prohibida de 2,5 eV y una absorción efectiva en el rango de longitud de onda visible.
Conociendo las propiedades físicas y químicas del nuevo material, los científicos lo utilizaron para catalizar la reducción de dióxido de carbono mediante luz visible. Cabe destacar que los investigadores descubrieron que el KGF-10 logra la conversión de CO2 a formato (HCOO-) con una selectividad de hasta el 99% sin necesidad de fotosensibilizador ni catalizador auxiliar. Además, el KGF-10 demostró un rendimiento cuántico aparente excepcionalmente alto —una medida de la eficiencia en el uso de fotones— alcanzando un valor del 9,8% a 400 nm. Es importante señalar que el análisis estructural realizado durante la reacción fotocatalítica mostró que el KGF-10 experimenta una modificación estructural que facilita el proceso de reducción.
Esta innovadora investigación presenta el fotocatalizador KGF-10, basado en estaño y de alto rendimiento, que no requiere metales nobles y actúa como catalizador unidireccional para la reducción de CO2 a formato mediante luz visible. Las notables propiedades del KGF-10, demostradas en este estudio, podrían revolucionar su uso como fotocatalizador en diversas aplicaciones, incluida la reducción solar de CO2. El profesor Maeda concluye: «Nuestros resultados indican que los MOF pueden servir como plataforma para el desarrollo de capacidades fotocatalíticas superiores utilizando metales no tóxicos, económicos y abundantes en la Tierra, que a menudo resultan inalcanzables en forma de complejos metálicos moleculares». Este descubrimiento abre nuevas posibilidades y horizontes en el campo de la fotocatálisis, allanando el camino para el uso sostenible y eficiente de los recursos terrestres.
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