nova lata

Jan 06, 2024

A demanda interminável por combustíveis ricos em carbono para impulsionar a economia continua adicionando mais e mais dióxido de carbono (CO2) à atmosfera. Enquanto esforços estão sendo feitos para reduzir as emissões de CO2, isso por si só não pode combater os efeitos adversos do gás já presente na atmosfera. Assim, os cientistas criaram maneiras inovadoras de usar o CO2 atmosférico existente, transformando-o em produtos químicos úteis, como ácido fórmico (HCOOH) e metanol. Um método popular para realizar tais conversões é usar luz visível para conduzir a fotorredução de CO2 por meio de fotocatalisadores.

Em uma descoberta recente publicado na Angewandte Chemie, edição internacional em 8 de maio de 2023, uma equipe de pesquisadores liderada pelo professor Kazuhiko Maeda, do Instituto de Tecnologia de Tóquio, desenvolveu uma estrutura metal-orgânica (MOF) à base de estanho que pode permitir a fotorredução seletiva de CO2. Eles relataram um novo MOF baseado em estanho (Sn) chamado KGF-10, com a fórmula [SnII2(H3ttc)2.MeOH]n (H3ttc: ácido tritiocianúrico e MeOH: metanol). Reduziu com sucesso o CO2 em HCOOH na presença de luz visível. "A maioria dos fotocatalisadores de redução de CO2 de alto desempenho movidos por luz visível dependem de metais preciosos raros como componentes principais. Além disso, integrar as funções de absorção de luz e catálise em uma única unidade molecular composta de metais abundantes continua sendo um desafio de longa data. Portanto, o Sn era o candidato ideal, pois pode superar os dois desafios”, explica Maeda.

Os MOFs, que trazem o melhor dos metais e dos materiais orgânicos, estão sendo explorados como a alternativa mais sustentável aos fotocatalisadores convencionais baseados em metais de terras raras. Sn, conhecido por sua capacidade de atuar como catalisador e absorvedor durante uma reação fotocatalítica, pode ser um candidato promissor para fotocatalisadores baseados em MOF. Embora os MOFs compostos de zircônio, ferro e chumbo tenham sido amplamente explorados, pouco se sabe sobre os MOFs baseados em Sn.

Para sintetizar o MOF KGF-10 baseado em Sn, os pesquisadores usaram H3ttc, MeOH e cloreto de estanho como materiais de partida e escolheram 1,3-dimetil-2-fenil-2,3-di-hidro-1H-benzo[d]imidazol como o doador de elétrons e a fonte de hidrogênio. O KGF-10 preparado foi então submetido a várias técnicas de análise. Eles revelaram que o material apresentava capacidade moderada de adsorção de CO2, tinha um bandgap de 2,5 eV e absorvia comprimentos de onda de luz visível.

Conhecendo as propriedades físicas e químicas do novo material, os cientistas o utilizaram para catalisar a redução do CO2 na presença de luz visível. Eles descobriram que o KGF-10 reduziu com sucesso o CO2 em formato (HCOO-) com 99% de seletividade sem a necessidade de qualquer fotossensibilizador ou catalisador adicional. Ele também exibiu um rendimento quântico aparente recorde - a razão entre o número de elétrons envolvidos na reação e o número total de fótons incidentes - de 9,8% a 400 nm. Além disso, a análise estrutural realizada durante as reações revelou que o KGF-10 sofreu alterações estruturais facilitando a redução fotocatalítica.

Este estudo apresentou pela primeira vez um fotocatalisador à base de estanho de alto desempenho, livre de metais preciosos e de componente único para redução de CO2 em formato por luz visível. As excelentes propriedades do KGF-10 demonstradas pela equipe abririam novos caminhos para sua aplicação como fotocatalisador em reações como a redução de CO2 impulsionada pela energia solar. "Os resultados do nosso estudo são um testemunho do fato de que os MOFs podem ser uma plataforma para criar funções fotocatalíticas excepcionais, geralmente inatingíveis com complexos metálicos moleculares, usando metais não tóxicos, baratos e abundantes na Terra", conclui Maeda.

- Este comunicado de imprensa foi fornecido pelo Instituto de Tecnologia de Tóquio