Lata novedosa

Jan 06, 2024

La interminable demanda de combustibles ricos en carbono para impulsar la economía sigue agregando más y más dióxido de carbono (CO2) a la atmósfera. Si bien se están realizando esfuerzos para reducir las emisiones de CO2, eso por sí solo no puede contrarrestar los efectos adversos del gas que ya está presente en la atmósfera. Por lo tanto, los científicos han ideado formas innovadoras de utilizar el CO2 atmosférico existente transformándolo en productos químicos útiles como el ácido fórmico (HCOOH) y el metanol. Un método popular para llevar a cabo tales conversiones es usar luz visible para impulsar la fotorreducción de CO2 a través de fotocatalizadores.

En un avance reciente publicado en Angewandte Chemie, edición internacional el 8 de mayo de 2023, un equipo de investigadores dirigido por el profesor Kazuhiko Maeda del Instituto de Tecnología de Tokio desarrolló un marco orgánico metalúrgico (MOF) a base de estaño que puede permitir la fotorreducción selectiva de CO2. Informaron sobre un nuevo MOF basado en estaño (Sn) llamado KGF-10, con la fórmula [SnII2 (H3ttc) 2.MeOH] n (H3ttc: ácido tritiocianúrico y MeOH: metanol). Redujo con éxito el CO2 a HCOOH en presencia de luz visible. "La mayoría de los fotocatalizadores de reducción de CO2 de alto rendimiento impulsados ​​por la luz visible se basan en metales preciosos raros como componentes principales. Además, la integración de las funciones de absorción de luz y catálisis en una sola unidad molecular compuesta de abundantes metales sigue siendo un desafío de larga data. Por lo tanto, Sn era el candidato ideal, ya que puede superar ambos desafíos", explica Maeda.

Los MOF, que aportan lo mejor de los metales y los materiales orgánicos, se están explorando como la alternativa más sostenible a los fotocatalizadores convencionales basados ​​en metales de tierras raras. El Sn, conocido por su capacidad para actuar como catalizador y absorbente durante una reacción fotocatalítica, podría ser un candidato prometedor para los fotocatalizadores basados ​​en MOF. Si bien los MOF compuestos de circonio, hierro y plomo se han explorado ampliamente, no se sabe mucho sobre los MOF basados ​​en Sn.

Para sintetizar el MOF KGF-10 basado en Sn, los investigadores utilizaron H3ttc, MeOH y cloruro de estaño como materiales de partida y eligieron 1,3-dimetil-2-fenil-2,3-dihidro-1H-benzo[d]imidazol como donante de electrones y fuente de hidrógeno. El KGF-10 preparado se sometió luego a varias técnicas de análisis. Revelaron que el material mostraba una capacidad moderada de adsorción de CO2, tenía una banda prohibida de 2,5 eV y absorbía longitudes de onda de luz visible.

Una vez que conocieron las propiedades físicas y químicas del nuevo material, los científicos lo utilizaron para catalizar la reducción de CO2 en presencia de luz visible. Descubrieron que KGF-10 redujo con éxito el CO2 en formiato (HCOO-) con una selectividad del 99 por ciento sin necesidad de ningún fotosensibilizador o catalizador adicional. También exhibió un rendimiento cuántico aparente récord (la relación entre el número de electrones involucrados en la reacción y el número total de fotones incidentes) del 9,8 por ciento a 400 nm. Además, el análisis estructural llevado a cabo durante las reacciones reveló que KGF-10 experimentó cambios estructurales al tiempo que facilitaba la reducción fotocatalítica.

Este estudio presentó por primera vez un fotocatalizador de un solo componente, libre de metales preciosos y de alto rendimiento a base de estaño para la reducción de CO2 a formiato impulsada por luz visible. Las excelentes propiedades de KGF-10 demostradas por el equipo abrirían nuevas vías para su aplicación como fotocatalizador en reacciones como la reducción de CO2 impulsada por energía solar. "Los resultados de nuestro estudio son un testimonio del hecho de que los MOF pueden ser una plataforma para crear funciones fotocatalíticas sobresalientes, generalmente inalcanzables con complejos de metales moleculares, utilizando metales no tóxicos, económicos y abundantes en la Tierra", concluye Maeda.

- Este comunicado de prensa fue proporcionado por el Instituto de Tecnología de Tokio