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A demanda contínua da economia por combustíveis com alto teor de carbono levou a um aumento do dióxido de carbono (CO2) na atmosfera. Mesmo que sejam feitos esforços para reduzir as emissões de dióxido de carbono, eles não são suficientes para reverter os efeitos nocivos do gás já presente na atmosfera.
Assim, os cientistas desenvolveram maneiras criativas de usar o dióxido de carbono já presente na atmosfera, convertendo-o em moléculas úteis como o ácido fórmico (HCOOH) e o metanol. A fotorredução fotocatalítica do dióxido de carbono usando luz visível é um método comum para essas transformações.
Uma equipe de cientistas do Instituto de Tecnologia de Tóquio, liderada pelo professor Kazuhiko Maeda, fez progressos significativos e os documentou na publicação internacional “Angewandte Chemie”, de 8 de maio de 2023.
Eles criaram uma estrutura metalorgânica (MOF) à base de estanho que permite a fotorredução seletiva de dióxido de carbono. Os pesquisadores criaram uma nova MOF à base de estanho (Sn) com a fórmula química [SnII2(H3ttc)2.MeOH]n (H3ttc: ácido tritiocianúrico e MeOH: metanol).
A maioria dos fotocatalisadores de CO2 altamente eficientes baseados em luz visível utiliza metais preciosos raros como componentes principais. Além disso, a integração das funções de absorção de luz e catalíticas em uma única unidade molecular composta por um grande número de metais permanece um desafio de longa data. Assim, o estanho (Sn) é um candidato ideal, pois pode solucionar ambos os problemas.
Os MOFs são os melhores materiais para metais e materiais orgânicos, e estão sendo estudados como uma alternativa mais ecológica aos fotocatalisadores tradicionais de terras raras.
O estanho (Sn) é uma escolha promissora para fotocatalisadores baseados em MOFs, pois pode atuar como catalisador e sequestrante durante o processo fotocatalítico. Embora MOFs à base de chumbo, ferro e zircônio tenham sido amplamente estudados, pouco se sabe sobre MOFs à base de estanho.
H3ttc, MeOH e cloreto de estanho foram usados ​​como ingredientes iniciais para preparar o MOF à base de estanho KGF-10, e os pesquisadores decidiram usar 1,3-dimetil-2-fenil-2,3-di-hidro-1H-benzo[d]imidazol, que atua como doador de elétrons e fonte de hidrogênio.
O KGF-10 resultante é então submetido a diversos processos analíticos. Constatou-se que o material possui um bandgap de 2,5 eV, absorve comprimentos de onda de luz visível e apresenta uma capacidade moderada de adsorção de dióxido de carbono.
Após compreenderem as propriedades físicas e químicas desse novo material, os cientistas o utilizaram para catalisar a redução do dióxido de carbono na presença de luz visível. Descobriram que o KGF-10 pode converter CO2 em formiato (HCOO–) de forma eficiente e seletiva, com até 99% de eficiência, sem a necessidade de fotossensibilizadores ou catalisadores adicionais.
Além disso, apresenta 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% em um comprimento de onda de 400 nm. Ademais, a análise estrutural realizada ao longo da reação mostrou que o KGF-10 sofreu modificações estruturais que promoveram a redução fotocatalítica.
Este estudo apresenta, pela primeira vez, um fotocatalisador à base de estanho, altamente eficiente, de componente único e livre de metais preciosos, para acelerar a conversão de dióxido de carbono em formiato. As notáveis ​​propriedades do KGF-10, descobertas pela equipe, abrem novas possibilidades para seu uso como fotocatalisador em processos como a redução das emissões de CO2 utilizando energia solar.
O professor Maeda concluiu: “Nossos resultados indicam que os MOFs podem servir como uma plataforma para usar metais não tóxicos, de baixo custo e abundantes na Terra para criar funções fotocatalíticas superiores que normalmente são inatingíveis usando complexos metálicos moleculares.”
Kamakura Y et al (2023) Estruturas metalorgânicas à base de estanho(II) permitem a redução eficiente e seletiva do dióxido de carbono à formação de dióxido de carbono sob luz visível. Applied Chemistry, International Edition. doi:10.1002/ani.202305923
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