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Pesquisadores da Tokyo Tech desenvolveram uma estrutura metal-orgânica (MOF) à base de estanho que pode reduzir fotocataliticamente o dióxido de carbono (CO2) em formato sob luz visível. O MOF à base de estanho exibiu um alto rendimento quântico aparente de 9,8% e realizou fotorredução extremamente seletiva sem a necessidade de um fotossensibilizador adicional. Isso pode ser extremamente útil, já que atualmente a maioria dos complexos metálicos para reduzir o CO2 a produtos químicos úteis utiliza metais caros, raros e preciosos.

Um artigo sobre o trabalho foi publicado na Angewandte Chemie, International Edition.

A demanda contínua por combustíveis ricos em carbono para impulsionar a economia continua adicionando 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 estão desenvolvendo 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.

Uma equipe de pesquisadores liderada pelo Prof. 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 raros e preciosos como componentes principais. Além disso, integrar as funções de absorção de luz e catálise em uma única unidade molecular composta de metais abundantes permaneceu um desafio de longa data. Portanto, Sn foi o candidato ideal, pois pode superar ambos os desafios.

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. 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 podem abrir novos caminhos para sua aplicação como fotocatalisador em reações como a redução de CO2 impulsionada pela energia solar.

Recursos

Yoshinobu Kamakura, Chomponoot Suppaso, Issei Yamamoto, Ryusuke Mizuochi, Yusuke Asai, Teruki Motohashi, Daisuke Tanaka e Kazuhiko Maeda1 (2023) "Estruturas orgânicas baseadas em estanho (II) que permitem a redução seletiva e eficiente de CO2 para formatar sob luz visível " " Angewandte Chemie, International Edition doi: 10.1002/anie.202305923