Habari - Kuongezeka kwa mahitaji ya mafuta yanayotokana na kaboni ili kuchochea uchumi kunaendelea kuongeza kiwango cha kaboni dioksidi (CO2) angani. Ingawa juhudi zinafanywa kupunguza uzalishaji wa CO2, hii haipunguzi athari mbaya za gesi ambayo tayari iko angani. Kwa hivyo watafiti wamekuja na njia bunifu za kutumia CO2 ya angahewa kwa kuibadilisha kuwa vitu vyenye thamani kama vile asidi ya fomi (HCOOH) na methanoli. Kupunguza upigaji picha wa CO2 kwa kutumia vichocheo vya mwanga vinavyoonekana kama kichocheo ni njia maarufu ya ubadilishaji huo.
Katika uvumbuzi wa hivi karibuni, uliofichuliwa katika toleo la kimataifa la Angewandte Chemie la Mei 8, 2023, Profesa Kazuhiko Maeda na timu yake ya utafiti katika Taasisi ya Teknolojia ya Tokyo wamefanya maendeleo makubwa. Wamefanikiwa kutengeneza mfumo wa bati (Sn) wa metali-kikaboni (MOF) unaokuza upunguzaji wa upigaji picha wa CO2 kwa njia teule. MOF iliyoletwa hivi karibuni iliitwa KGF-10 na fomula yake ya kemikali ni [SnII2(H3ttc)2.MeOH]n (H3ttc: asidi ya trithiocyanuric, MeOH: methanoli). Kwa kutumia mwanga unaoonekana, KGF-10 hubadilisha CO2 kwa ufanisi kuwa asidi ya fomi (HCOOH). Profesa Maeda alielezea, "Hadi leo, vichocheo vingi vya upigaji picha vyenye ufanisi mkubwa kwa ajili ya upunguzaji wa CO2 kulingana na metali adimu na nzuri vimetengenezwa. Hata hivyo, kuunganisha kazi za kunyonya mwanga na kichocheo katika kitengo kimoja cha molekuli kilichoundwa na idadi kubwa ya metali bado ni changamoto." Kwa hivyo, Sn imeonekana kuwa mgombea bora wa kushinda vikwazo hivi viwili."
MOF, ambazo huchanganya faida za metali na vifaa vya kikaboni, zinachunguzwa kama mbadala wa kijani kibichi zaidi kwa fotokatalisti za kitamaduni kulingana na metali adimu za dunia. Sn, inayojulikana kwa jukumu lake maradufu kama kichocheo na kifyonza mwanga katika michakato ya fotokatalisti, inaweza kuwa chaguo linalofaa kwa fotokatalisti zinazotegemea MOF. Ingawa MOF zinazoundwa na zirconium, chuma, na risasi zimesomwa kwa kina, uelewa wa MOF zinazotegemea Sn bado ni mdogo. Masomo na tafiti zaidi zinahitajika ili kuchunguza kikamilifu uwezekano na matumizi yanayowezekana ya MOF zinazotegemea Sn katika uwanja wa fotokatalisti.
Ili kutengeneza MOF KGF-10 yenye msingi wa bati, watafiti walitumia H3ttc (trithiocyanuric acid), MeOH (methanoli), na kloridi ya bati kama vipengele vya kuanzia. Walichagua 1,3-dimethyl-2-phenyl-2,3-dihydro-1H-benzo[d]imidazole kama chanzo cha elektroni na hidrojeni. Baada ya usanisi, KGF-10 iliyopatikana ilifanyiwa mbinu mbalimbali za uchambuzi. Majaribio haya yalionyesha kuwa nyenzo hiyo ina uwezo wa wastani wa kunyonya CO2 yenye pengo la bendi ya 2.5 eV na unyonyaji mzuri katika safu ya urefu wa wimbi inayoonekana.
Wakiwa na ujuzi wa sifa za kimwili na kemikali za nyenzo mpya, wanasayansi walitumia kuchochea upunguzaji wa kaboni dioksidi kwa mwanga unaoonekana. Ikumbukwe kwamba, watafiti waligundua kuwa KGF-10 inafanikisha ubadilishaji wa CO2 ili kuunda (HCOO-) kwa hadi 99% ya uteuzi bila kihisi mwanga au kichocheo chochote saidizi. Kwa kuongezea, KGF-10 ilionyesha mavuno ya quantum ya juu sana - kipimo cha ufanisi wa kutumia fotoni - kufikia thamani ya 9.8% kwa 400 nm. Ikumbukwe kwamba uchambuzi wa kimuundo uliofanywa wakati wa mmenyuko wa fotokaliti ulionyesha kuwa KGF-10 hupitia marekebisho ya kimuundo ili kusaidia katika mchakato wa upunguzaji.
Utafiti huu wa msingi unaonyesha KGF-10 yenye utendaji wa hali ya juu ya fotokatalisti yenye msingi wa bati bila haja ya metali nzuri kama kichocheo cha njia moja cha kupunguza CO2 ili kutengenezwa kwa mwanga unaoonekana. Sifa za ajabu za KGF-10 zilizoonyeshwa katika utafiti huu zinaweza kubadilisha matumizi yake kama fotokatalisti katika matumizi mbalimbali, ikiwa ni pamoja na kupunguza CO2 kwa jua. Profesa Maeda anahitimisha: "Matokeo yetu yanaonyesha kwamba MOF zinaweza kutumika kama jukwaa la kukuza uwezo bora wa fotokatalisti kupitia matumizi ya metali zisizo na sumu, za gharama nafuu, na nyingi zinazopatikana Duniani, ambazo mara nyingi ni tata za metali za molekuli. Haipatikani." Ugunduzi huu unafungua uwezekano mpya katika uwanja wa fotokatalisti na kufungua njia kwa matumizi endelevu na bora ya rasilimali za Dunia.
Newswise huwapa waandishi wa habari fursa ya kupata habari mpya na jukwaa la vyuo vikuu, taasisi na waandishi wa habari kusambaza habari mpya kwa hadhira yao.