Roman étain

Des chercheurs de Tokyo Tech ont développé une structure métallo-organique (MOF) à base d'étain qui peut réduire par photocatalyse le dioxyde de carbone (CO2) en formiate sous la lumière visible. Le MOF à base d'étain présentait un rendement quantique apparent élevé de 9,8 % et effectuait une photoréduction extrêmement sélective sans avoir besoin d'un photosensibilisateur supplémentaire. Cela pourrait s'avérer extrêmement utile, car actuellement, la plupart des complexes métalliques pour réduire le CO2 en produits chimiques utiles utilisent des métaux coûteux, rares et précieux.

Un article sur le travail est publié dans Angewandte Chemie, International Edition.

La demande continue de carburants riches en carbone pour stimuler l'économie continue d'ajouter plus de dioxyde de carbone (CO2) dans l'atmosphère. Si des efforts sont faits pour réduire les émissions de CO2, cela ne suffit pas à lui seul à contrer les effets néfastes du gaz déjà présent dans l'atmosphère. Ainsi, les scientifiques développent des moyens innovants d'utiliser le CO2 atmosphérique existant en le transformant en produits chimiques utiles tels que l'acide formique (HCOOH) et le méthanol. Une méthode populaire pour effectuer de telles conversions consiste à utiliser la lumière visible pour piloter la photoréduction du CO2 via des photocatalyseurs.

Une équipe de chercheurs dirigée par le professeur Kazuhiko Maeda de l'Institut de technologie de Tokyo a développé une structure métallo-organique (MOF) à base d'étain qui peut permettre une photoréduction sélective du CO2. Ils ont rapporté un nouveau MOF à base d'étain (Sn) appelé KGF-10, avec la formule [SnII2(H3ttc)2.MeOH]n (H3ttc : acide trithiocyanurique et MeOH : méthanol). Il a réussi à réduire le CO2 en HCOOH en présence de lumière visible.

La plupart des photocatalyseurs de réduction de CO2 à haute performance pilotés par la lumière visible reposent sur des métaux rares et précieux comme composants principaux. De plus, intégrer les fonctions d'absorption de la lumière et de catalyse dans une seule unité moléculaire composée de métaux abondants est resté un défi de longue date. Par conséquent, Sn était le candidat idéal car il peut surmonter les deux défis.

Les MOF, qui apportent le meilleur des métaux et des matériaux organiques, sont explorés en tant qu'alternative plus durable aux photocatalyseurs conventionnels à base de terres rares. Alors que les MOF composés de zirconium, de fer et de plomb ont été largement explorés, on ne sait pas grand-chose sur les MOF à base de Sn.

Pour synthétiser le MOF KGF-10 à base de Sn, les chercheurs ont utilisé H3ttc, MeOH et le chlorure d'étain comme matières premières et ont choisi le 1,3-diméthyl-2-phényl-2,3-dihydro-1H-benzo[d]imidazole comme donneur d'électrons et comme source d'hydrogène. Le KGF-10 préparé a ensuite été soumis à plusieurs techniques d'analyse. Ils ont révélé que le matériau présentait une capacité d'adsorption modérée du CO2, avait une bande interdite de 2,5 eV et absorbait les longueurs d'onde de la lumière visible.

Une fois conscients des propriétés physiques et chimiques du nouveau matériau, les scientifiques l'ont utilisé pour catalyser la réduction du CO2 en présence de lumière visible. Ils ont découvert que le KGF-10 réduisait avec succès le CO2 en formiate (HCOO-) avec une sélectivité de 99 % sans nécessiter de photosensibilisateur ou de catalyseur supplémentaire.

Il a également présenté un rendement quantique apparent record - le rapport du nombre d'électrons impliqués dans la réaction au nombre total de photons incidents - de 9,8% à 400 nm. De plus, l'analyse structurale effectuée au cours des réactions a révélé que le KGF-10 subissait des changements structurels tout en facilitant la réduction photocatalytique.

Cette étude a présenté pour la première fois un photocatalyseur haute performance à base d'étain, sans métaux précieux et à un seul composant pour la réduction du CO2 en formiate par la lumière visible. Les excellentes propriétés du KGF-10 démontrées par l'équipe pourraient ouvrir de nouvelles voies pour son application en tant que photocatalyseur dans des réactions telles que la réduction du CO2 par l'énergie solaire.

Ressources

Yoshinobu Kamakura, Chomponoot Suppaso, Issei Yamamoto, Ryusuke Mizuochi, Yusuke Asai, Teruki Motohashi, Daisuke Tanaka et Kazuhiko Maeda1 (2023) "Tin(II)-Based Metal–Organic Frameworks Enabling Efficient, Selective Reduction of CO2 to Formate under Visible Light " " Angewandte Chemie, édition internationale doi : 10.1002/anie.202305923

Publié le 05 juin 2023 dans Contexte du marché, Carburants, Captage et conversion du carbone (CCC), Matériaux | Lien permanent | Commentaires (2)