Newswise – Mae’r galw cynyddol am danwyddau carbon i danio’r economi yn parhau i gynyddu faint o garbon deuocsid (CO2) yn yr awyr. Er bod ymdrechion yn cael eu gwneud i leihau allyriadau CO2, nid yw hyn yn lliniaru effeithiau niweidiol y nwy sydd eisoes yn yr atmosffer. Felly mae ymchwilwyr wedi llunio ffyrdd creadigol o ddefnyddio CO2 atmosfferig trwy ei drosi’n sylweddau gwerthfawr fel asid fformig (HCOOH) a methanol. Mae ffotoleihau CO2 gan ddefnyddio ffotogatalyddion sy’n defnyddio golau gweladwy fel catalydd yn ddull poblogaidd ar gyfer trawsnewidiadau o’r fath.
Yn y datblygiad diweddaraf, a ddatgelwyd yn rhifyn rhyngwladol Angewandte Chemie ar 8 Mai, 2023, mae'r Athro Kazuhiko Maeda a'i dîm ymchwil yn Sefydliad Technoleg Tokyo wedi gwneud cynnydd sylweddol. Maent wedi llwyddo i ddatblygu fframwaith metel-organig tun (Sn) (MOF) sy'n hyrwyddo ffotoleihad detholus CO2. Enwyd y MOF a gyflwynwyd yn ddiweddar yn KGF-10 a'i fformiwla gemegol yw [SnII2(H3ttc)2.MeOH]n (H3ttc: asid trithiocyanwrig, MeOH: methanol). Gan ddefnyddio golau gweladwy, mae KGF-10 yn trosi CO2 yn effeithiol yn asid fformig (HCOOH). Esboniodd yr Athro Maeda, “Hyd yn hyn, mae llawer o ffotogatalwyr hynod effeithlon ar gyfer lleihau CO2 yn seiliedig ar fetelau prin a nobl wedi'u datblygu. Fodd bynnag, mae integreiddio swyddogaethau amsugno golau a chatalytig i mewn i un uned foleciwlaidd sy'n cynnwys nifer fawr o fetelau yn parhau i fod yn her.” Felly, profodd Sn i fod yn ymgeisydd delfrydol i oresgyn y ddau rwystr hyn.”
Mae MOFs, sy'n cyfuno manteision metelau a deunyddiau organig, yn cael eu harchwilio fel dewis arall mwy gwyrdd i ffotogatalyddion traddodiadol yn seiliedig ar fetelau prin o bridd. Gallai Sn, sy'n adnabyddus am ei rôl ddeuol fel catalydd ac amsugnwr golau mewn prosesau ffotogatalydd, fod yn opsiwn hyfyw ar gyfer ffotogatalyddion sy'n seiliedig ar MOFs. Er bod MOFs sy'n cynnwys sirconiwm, haearn a phlwm wedi'u hastudio'n helaeth, mae dealltwriaeth o MOFs sy'n seiliedig ar Sn yn dal yn gyfyngedig. Mae angen astudiaethau ac astudiaethau pellach i archwilio'n llawn y posibiliadau a'r cymwysiadau posibl o MOFs sy'n seiliedig ar Sn ym maes ffotogatalyddu.
I syntheseiddio MOF KGF-10 sy'n seiliedig ar dun, defnyddiodd yr ymchwilwyr H3ttc (asid trithiocyanwrig), MeOH (methanol), a chlorid tun fel cydrannau cychwynnol. Dewisasant 1,3-dimethyl-2-phenyl-2,3-dihydro-1H-benzo[d]imidazole fel rhoddwr electronau a ffynhonnell hydrogen. Ar ôl synthesis, cafodd y KGF-10 a gafwyd ei ddadansoddi drwy amrywiol ddulliau dadansoddol. Dangosodd y profion hyn fod gan y deunydd gapasiti amsugno CO2 cymedrol gyda bwlch band o 2.5 eV ac amsugno effeithiol yn yr ystod tonfedd weladwy.
Wedi'u harfogi â gwybodaeth am briodweddau ffisegol a chemegol y deunydd newydd, defnyddiodd y gwyddonwyr ef i gataleiddio'r broses o leihau carbon deuocsid gan olau gweladwy. Yn arbennig, canfu'r ymchwilwyr fod KGF-10 yn cyflawni trosi CO2 i fformad (HCOO-) gyda hyd at 99% o ddetholiad heb unrhyw ffotosensiteiddiwr na chatalydd ategol. Yn ogystal, dangosodd KGF-10 gynnyrch cwantwm ymddangosiadol digynsail o uchel – mesur o effeithlonrwydd defnyddio ffotonau – gan gyrraedd gwerth o 9.8% ar 400 nm. Yn arbennig, dangosodd dadansoddiad strwythurol a gynhaliwyd yn ystod yr adwaith ffotocatalytig fod KGF-10 yn cael ei addasu'n strwythurol i gynorthwyo yn y broses leihau.
Mae'r ymchwil arloesol hon yn cyflwyno ffotogatalydd perfformiad uchel sy'n seiliedig ar dun, KGF-10, heb yr angen am fetelau nobl fel catalydd unffordd ar gyfer lleihau CO2 i fformad gan olau gweladwy. Gallai priodweddau rhyfeddol KGF-10 a ddangoswyd yn yr astudiaeth hon chwyldroi ei ddefnydd fel ffotogatalydd mewn amrywiaeth o gymwysiadau, gan gynnwys lleihau CO2 solar. Daw'r Athro Maeda i'r casgliad: “Mae ein canlyniadau'n dangos y gall metelau moleciwlaidd (MOFs) wasanaethu fel platfform ar gyfer datblygu galluoedd ffotogatalydd uwchraddol trwy ddefnyddio metelau nad ydynt yn wenwynig, yn gost-effeithiol, ac yn doreithiog a geir ar y Ddaear, sydd yn aml yn gymhlygion metelau moleciwlaidd. Anhygyrch.” Mae'r darganfyddiad hwn yn agor gorwelion posibiliadau newydd ym maes ffotogatalyddu ac yn paratoi'r ffordd ar gyfer defnydd cynaliadwy ac effeithlon o adnoddau'r Ddaear.
Mae Newswise yn rhoi mynediad i newyddiadurwyr at newyddion brys a llwyfan i brifysgolion, sefydliadau a newyddiadurwyr ddosbarthu newyddion brys i'w cynulleidfaoedd.