Newswise – Эдийн засгийг тэтгэх нүүрстөрөгчийн түлшний эрэлт хэрэгцээ өсөн нэмэгдэж байгаа нь агаар дахь нүүрстөрөгчийн давхар исэл (CO2)-ийн хэмжээг нэмэгдүүлсээр байна. CO2-ийн ялгарлыг бууруулах хүчин чармайлт гаргаж байгаа ч энэ нь агаар мандалд байгаа хийн хортой нөлөөллийг бууруулж чадахгүй байна. Тиймээс судлаачид агаар мандлын CO2-ийг шоргоолжны хүчил (HCOOH) болон метанол зэрэг үнэ цэнэтэй бодис болгон хувиргах замаар ашиглах бүтээлч аргуудыг боловсруулсан. Үзэгдэх гэрлийг катализатор болгон ашиглан фотокатализатор ашиглан CO2-ийг фоторедукцлах нь ийм хувиргалтын түгээмэл арга юм.
2023 оны 5-р сарын 8-ны Angewandte Chemie сэтгүүлийн олон улсын дугаарт илэрсэн хамгийн сүүлийн үеийн нээлтэд профессор Казухико Маэда болон түүний Токиогийн Технологийн Хүрээлэнгийн судалгааны баг ихээхэн ахиц дэвшил гаргасан. Тэд CO2-ийн сонгомол фоторедукцийг дэмждэг цагаан тугалга (Sn) металл-органик хүрээ (MOF)-ийг амжилттай боловсруулсан. Саяхан нэвтрүүлсэн MOF-ийг KGF-10 гэж нэрлэсэн бөгөөд түүний химийн томъёо нь [SnII2(H3ttc)2.MeOH]n (H3ttc: тритиоцианурын хүчил, MeOH: метанол) юм. Үзэгдэх гэрлийг ашиглан KGF-10 нь CO2-ийг шоргоолжны хүчил (HCOOH) болгон үр дүнтэй хувиргадаг. Профессор Маэда "Өнөөдөр хүртэл ховор, эрхэм металл дээр суурилсан CO2-ийг бууруулах олон өндөр үр ашигтай фотокатализаторуудыг боловсруулсан. Гэсэн хэдий ч олон тооны металлаас бүрдсэн нэг молекулын нэгжид гэрэл шингээх болон каталитик функцийг нэгтгэх нь бэрхшээлтэй хэвээр байна" гэж тайлбарлав. Тиймээс Sn нь эдгээр хоёр саадыг даван туулах хамгийн тохиромжтой нэр дэвшигч болох нь батлагдсан.
Металл болон органик материалын давуу талыг хослуулсан MOF-ийг ховор металл дээр суурилсан уламжлалт фотокатализаторуудын илүү ногоон хувилбар болгон судалж байна. Фотокатализаторын процесст катализатор болон гэрэл шингээгч гэсэн хос үүрэг гүйцэтгэдэг гэдгээрээ алдартай Sn нь MOF дээр суурилсан фотокатализаторуудын хувьд боломжит сонголт байж болох юм. Цирконий, төмөр, хар тугалгаас бүрдсэн MOF-уудыг өргөн хүрээнд судалсан ч Sn дээр суурилсан MOF-ийн талаарх ойлголт хязгаарлагдмал хэвээр байна. Фотокатализийн салбарт Sn дээр суурилсан MOF-ийн боломж, хэрэглээг бүрэн судлахын тулд цаашид судалгаа, шинжилгээ хийх шаардлагатай байна.
Цагаан тугалга дээр суурилсан MOF KGF-10-ийг синтезлэхийн тулд судлаачид H3ttc (тритиоцианурын хүчил), MeOH (метанол), цагаан тугалганы хлорид зэргийг эхлэлийн бүрэлдэхүүн хэсэг болгон ашигласан. Тэд 1,3-диметил-2-фенил-2,3-дигидро-1H-бензо[d]имидазолыг электрон донор болон устөрөгчийн эх үүсвэр болгон сонгосон. Синтезийн дараа олж авсан KGF-10-ийг янз бүрийн аналитик аргуудад хамруулсан. Эдгээр туршилтууд нь материал нь 2.5 эВ зурвасын зайтай, харагдах долгионы уртад үр дүнтэй шингээлттэй, дунд зэргийн CO2 шингээлтийн чадвартай болохыг харуулсан.
Шинэ материалын физик болон химийн шинж чанарын талаарх мэдлэгтэйгээр эрдэмтэд үүнийг ашиглан нүүрстөрөгчийн давхар ислийг харагдах гэрлээр бууруулах процессыг хурдасгасан. Судлаачид KGF-10 нь ямар ч туслах фотосенсибилизатор эсвэл катализаторгүйгээр 99% хүртэл сонгомол чанартайгаар CO2-ийг хэлбэржүүлэх (HCOO-) хувиргалт хийдэг болохыг тогтоожээ. Үүнээс гадна, KGF-10 нь фотон ашиглах үр ашгийн хэмжүүр болох урьд өмнө байгаагүй өндөр илэрхий квант гарцыг харуулсан бөгөөд 400 нм-д 9.8% -ийн утгад хүрсэн. Фотокаталитик урвалын үеэр хийсэн бүтцийн шинжилгээгээр KGF-10 нь бууруулах процесст туслахын тулд бүтцийн өөрчлөлтөд ордог болохыг харуулсан.
Энэхүү шинэлэг судалгаа нь CO2-ыг харагдах гэрлээр хэлбэржүүлэх нэг талын катализатор болгон үнэт металл ашиглах шаардлагагүй өндөр хүчин чадалтай цагаан тугалга дээр суурилсан KGF-10 фотокатализаторыг танилцуулж байна. Энэхүү судалгаанд үзүүлсэн KGF-10-ийн гайхалтай шинж чанарууд нь нарны CO2-ыг бууруулах зэрэг олон төрлийн хэрэглээнд фотокатализатор болгон ашиглахад хувьсгал хийж чадна. Профессор Маэда: "Бидний үр дүнгээс харахад MOF нь дэлхий дээр байдаг хоргүй, зардал багатай, элбэг дэлбэг металлуудыг ашиглан дээд зэргийн фотокаталитик чадварыг хөгжүүлэх платформ болж чадна гэдгийг харуулж байна. Эдгээр нь ихэвчлэн молекулын металлын цогцолборууд юм. Хүрэх боломжгүй юм." Энэхүү нээлт нь фотокатализийн салбарт шинэ боломжуудыг нээж, дэлхийн нөөцийг тогтвортой, үр ашигтай ашиглах замыг нээж өгч байна.
Newswise нь сэтгүүлчдэд шуурхай мэдээ мэдээлэл авах боломжийг олгож, их дээд сургууль, байгууллага, сэтгүүлчдэд шуурхай мэдээг үзэгчдэдээ түгээх платформ олгодог.