A crescente demanda por combustíveis fósseis para impulsionar a economia continua aumentando a quantidade de dióxido de carbono (CO2) na atmosfera. Embora esforços estejam sendo feitos para reduzir as emissões de CO2, isso não mitiga os efeitos nocivos do gás já presente na atmosfera. Por isso, pesquisadores têm buscado maneiras criativas de utilizar o CO2 atmosférico, convertendo-o em substâncias valiosas como ácido fórmico (HCOOH) e metanol. A fotorredução de CO2 utilizando fotocatalisadores que empregam luz visível como catalisador é um método popular para essas conversões.
Na mais recente descoberta, revelada na edição internacional de 8 de maio de 2023 da revista Angewandte Chemie, o Professor Kazuhiko Maeda e sua equipe de pesquisa do Instituto de Tecnologia de Tóquio obtiveram um progresso significativo. Eles desenvolveram com sucesso uma estrutura metalorgânica (MOF) de estanho (Sn) que promove a fotorredução seletiva de CO2. A MOF recém-desenvolvida foi denominada KGF-10 e sua fórmula química é [SnII2(H3ttc)2.MeOH]n (H3ttc: ácido tritiocianúrico, MeOH: metanol). Utilizando luz visível, a KGF-10 converte CO2 em ácido fórmico (HCOOH) de forma eficaz. O Professor Maeda explicou: “Até o momento, muitos fotocatalisadores altamente eficientes para a redução de CO2 baseados em metais raros e nobres foram desenvolvidos. No entanto, integrar as funções de absorção de luz e catalíticas em uma única unidade molecular composta por um grande número de metais continua sendo um desafio. Assim, o Sn provou ser um candidato ideal para superar esses dois obstáculos.”
Os MOFs (estruturas metalorgânicas), que combinam as vantagens de metais e materiais orgânicos, estão sendo explorados como uma alternativa mais ecológica aos fotocatalisadores tradicionais baseados em metais de terras raras. O estanho (Sn), conhecido por seu papel duplo como catalisador e absorvedor de luz em processos fotocatalíticos, pode ser uma opção viável para fotocatalisadores baseados em MOFs. Embora MOFs compostos de zircônio, ferro e chumbo tenham sido amplamente estudados, o conhecimento sobre MOFs à base de Sn ainda é limitado. Mais estudos são necessários para explorar completamente as possibilidades e aplicações potenciais de MOFs à base de Sn no campo da fotocatálise.
Para sintetizar o MOF à base de estanho KGF-10, os pesquisadores utilizaram H3ttc (ácido tritiocianúrico), MeOH (metanol) e cloreto de estanho como componentes iniciais. Escolheram 1,3-dimetil-2-fenil-2,3-di-hidro-1H-benzo[d]imidazol como doador de elétrons e fonte de hidrogênio. Após a síntese, o KGF-10 obtido foi submetido a diversos métodos analíticos. Esses testes mostraram que o material possui uma capacidade moderada de adsorção de CO2, com um gap de banda de 2,5 eV e absorção efetiva na faixa do espectro visível.
Munidos do conhecimento das propriedades físicas e químicas do novo material, os cientistas o utilizaram para catalisar a redução do dióxido de carbono por luz visível. Notavelmente, os pesquisadores descobriram que o KGF-10 atinge a conversão de CO₂ em formiato (HCOO⁻) com seletividade de até 99%, sem a necessidade de qualquer fotossensibilizador ou catalisador auxiliar. Além disso, o KGF-10 demonstrou um rendimento quântico aparente sem precedentes – uma medida da eficiência do uso de fótons – atingindo um valor de 9,8% a 400 nm. A análise estrutural realizada durante a reação fotocatalítica revelou que o KGF-10 sofre uma modificação estrutural que auxilia no processo de redução.
Esta pesquisa inovadora apresenta um fotocatalisador de alto desempenho à base de estanho, o KGF-10, que dispensa o uso de metais nobres como catalisador unidirecional para a redução de CO2 a formiato por luz visível. As notáveis ​​propriedades do KGF-10 demonstradas neste estudo podem revolucionar seu uso como fotocatalisador em diversas aplicações, incluindo a redução solar de CO2. O Prof. Maeda conclui: “Nossos resultados indicam que os MOFs podem servir como plataforma para o desenvolvimento de capacidades fotocatalíticas superiores por meio do uso de metais não tóxicos, econômicos e abundantes encontrados na Terra, que muitas vezes são inacessíveis na forma de complexos metálicos moleculares.” Esta descoberta abre novos horizontes no campo da fotocatálise e pavimenta o caminho para o uso sustentável e eficiente dos recursos da Terra.
A Newswise oferece aos jornalistas acesso a notícias de última hora e uma plataforma para universidades, instituições e jornalistas distribuírem notícias de última hora para seu público.