Newswise – Permintaan yang semakin meningkat untuk bahan api berasaskan karbon untuk memacu ekonomi terus meningkatkan jumlah karbon dioksida (CO2) di udara. Walaupun usaha sedang dijalankan untuk mengurangkan pelepasan CO2, ini tidak dapat mengurangkan kesan berbahaya gas yang sedia ada di atmosfera. Oleh itu, para penyelidik telah menghasilkan cara kreatif untuk menggunakan CO2 atmosfera dengan menukarkannya kepada bahan berharga seperti asid formik (HCOOH) dan metanol. Fotoreduksi CO2 menggunakan fotomangkin menggunakan cahaya nampak sebagai pemangkin adalah kaedah yang popular untuk penukaran sedemikian.
Dalam penemuan terbaru, yang didedahkan dalam edisi antarabangsa Angewandte Chemie pada 8 Mei 2023, Profesor Kazuhiko Maeda dan pasukan penyelidikannya di Institut Teknologi Tokyo telah mencapai kemajuan yang ketara. Mereka telah berjaya membangunkan rangka kerja logam-organik (MOF) timah (Sn) yang menggalakkan fotoreduksi terpilih CO2. MOF yang baru diperkenalkan dinamakan KGF-10 dan formula kimianya ialah [SnII2(H3ttc)2.MeOH]n (H3ttc: asid tritiosianarik, MeOH: metanol). Menggunakan cahaya yang boleh dilihat, KGF-10 menukar CO2 kepada asid formik (HCOOH) dengan berkesan. Profesor Maeda menjelaskan, “Setakat ini, banyak fotomangkin yang sangat cekap untuk pengurangan CO2 berdasarkan logam nadir dan mulia telah dibangunkan. Walau bagaimanapun, mengintegrasikan fungsi penyerap cahaya dan pemangkin ke dalam unit molekul tunggal yang terdiri daripada sebilangan besar logam masih menjadi cabaran.” Oleh itu, Sn terbukti menjadi calon yang ideal untuk mengatasi dua halangan ini.”
MOF, yang menggabungkan kelebihan logam dan bahan organik, sedang diterokai sebagai alternatif yang lebih mesra alam kepada fotomangkin tradisional berasaskan logam nadir bumi. Sn, yang dikenali kerana peranan gandanya sebagai pemangkin dan penyerap cahaya dalam proses fotomangkin, berpotensi menjadi pilihan yang berdaya maju untuk fotomangkin berasaskan MOF. Walaupun MOF yang terdiri daripada zirkonium, besi dan plumbum telah dikaji secara meluas, pemahaman tentang MOF berasaskan Sn masih terhad. Kajian dan kajian lanjut diperlukan untuk meneroka sepenuhnya kemungkinan dan potensi aplikasi MOF berasaskan Sn dalam bidang fotopemangkinan.
Untuk mensintesis MOF KGF-10 berasaskan timah, para penyelidik menggunakan H3ttc (asid tritiosianurik), MeOH (metanol), dan timah klorida sebagai komponen permulaan. Mereka memilih 1,3-dimetil-2-fenil-2,3-dihidro-1H-benzo[d]imidazol sebagai penderma elektron dan sumber hidrogen. Selepas sintesis, KGF-10 yang diperoleh telah tertakluk kepada pelbagai kaedah analisis. Ujian ini menunjukkan bahawa bahan tersebut mempunyai kapasiti penjerapan CO2 yang sederhana dengan jurang jalur 2.5 eV dan penyerapan berkesan dalam julat panjang gelombang yang boleh dilihat.
Berbekalkan pengetahuan tentang sifat fizikal dan kimia bahan baharu itu, para saintis menggunakannya untuk memangkinkan pengurangan karbon dioksida oleh cahaya yang boleh dilihat. Terutamanya, para penyelidik mendapati bahawa KGF-10 mencapai penukaran CO2 untuk membentuk (HCOO-) dengan selektiviti sehingga 99% tanpa sebarang fotosensitizer atau pemangkin tambahan. Di samping itu, KGF-10 menunjukkan hasil kuantum ketara yang sangat tinggi – ukuran kecekapan penggunaan foton – mencapai nilai 9.8% pada 400 nm. Terutamanya, analisis struktur yang dilakukan semasa tindak balas fotopemangkin menunjukkan bahawa KGF-10 menjalani pengubahsuaian struktur untuk membantu dalam proses pengurangan.
Penyelidikan inovatif ini membentangkan fotopemangkin berasaskan timah berprestasi tinggi KGF-10 tanpa memerlukan logam mulia sebagai pemangkin sehala untuk pengurangan CO2 untuk membentuk melalui cahaya yang boleh dilihat. Sifat-sifat luar biasa KGF-10 yang ditunjukkan dalam kajian ini boleh merevolusikan penggunaannya sebagai fotopemangkin dalam pelbagai aplikasi, termasuk pengurangan CO2 solar. Profesor Maeda menyimpulkan: “Keputusan kami menunjukkan bahawa MOF boleh berfungsi sebagai platform untuk pembangunan keupayaan fotopemangkin unggul menggunakan logam bukan toksik, kos efektif dan banyak yang terdapat di Bumi, yang selalunya merupakan kompleks logam molekul. Tidak dapat dicapai.” Penemuan ini membuka kemungkinan baharu, ufuk baharu dalam bidang fotopemangkinan dan membuka jalan untuk penggunaan sumber Bumi yang mampan dan cekap.
Newswise menyediakan akses kepada berita terkini kepada wartawan dan platform untuk universiti, institusi dan wartawan mengedarkan berita terkini kepada khalayak mereka.