न्यूज़वाइज़ – अर्थव्यवस्था को चलाने के लिए कार्बन आधारित ईंधनों की बढ़ती मांग से वायुमंडल में कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) की मात्रा लगातार बढ़ रही है। CO2 उत्सर्जन को कम करने के प्रयास किए जा रहे हैं, लेकिन इससे वायुमंडल में पहले से मौजूद इस गैस के हानिकारक प्रभावों में कोई कमी नहीं आती। इसलिए शोधकर्ताओं ने वायुमंडलीय CO2 का उपयोग करने के लिए रचनात्मक तरीके खोजे हैं, जैसे कि इसे फॉर्मिक एसिड (HCOOH) और मेथनॉल जैसे उपयोगी पदार्थों में परिवर्तित करना। दृश्य प्रकाश को उत्प्रेरक के रूप में उपयोग करके फोटोकैटलिस्ट द्वारा CO2 का फोटोरिडक्शन करना इस प्रकार के रूपांतरणों के लिए एक लोकप्रिय विधि है।
8 मई, 2023 को Angewandte Chemie के अंतर्राष्ट्रीय संस्करण में प्रकाशित नवीनतम सफलता में, टोक्यो इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के प्रोफेसर काज़ुहिको माएदा और उनकी शोध टीम ने महत्वपूर्ण प्रगति की है। उन्होंने सफलतापूर्वक एक टिन (Sn) धातु-कार्बनिक ढांचा (MOF) विकसित किया है जो CO2 के चयनात्मक फोटोरिडक्शन को बढ़ावा देता है। हाल ही में प्रस्तुत MOF का नाम KGF-10 रखा गया है और इसका रासायनिक सूत्र [SnII2(H3ttc)2.MeOH]n है (H3ttc: ट्राइथियोसायन्यूरिक अम्ल, MeOH: मेथनॉल)। दृश्य प्रकाश का उपयोग करके, KGF-10 CO2 को फॉर्मिक अम्ल (HCOOH) में प्रभावी ढंग से परिवर्तित करता है। प्रोफेसर माएदा ने बताया, “आज तक, दुर्लभ और उत्कृष्ट धातुओं पर आधारित CO2 अपचयन के लिए कई अत्यधिक कुशल फोटोकैटलिस्ट विकसित किए गए हैं। हालांकि, बड़ी संख्या में धातुओं से बनी एक ही आणविक इकाई में प्रकाश-अवशोषित और उत्प्रेरक कार्यों को एकीकृत करना अभी भी एक चुनौती है।” इस प्रकार, Sn इन दोनों बाधाओं को दूर करने के लिए एक आदर्श उम्मीदवार साबित हुआ।
धातुओं और कार्बनिक पदार्थों के लाभों को संयोजित करने वाले MOFs को दुर्लभ पृथ्वी धातुओं पर आधारित पारंपरिक फोटोकैटलिस्ट के अधिक पर्यावरण-अनुकूल विकल्प के रूप में खोजा जा रहा है। फोटोकैटलिस्ट प्रक्रियाओं में उत्प्रेरक और प्रकाश अवशोषक के रूप में अपनी दोहरी भूमिका के लिए जाना जाने वाला Sn, MOF-आधारित फोटोकैटलिस्ट के लिए एक व्यवहार्य विकल्प हो सकता है। हालांकि ज़िरकोनियम, लोहा और सीसा से बने MOFs का व्यापक अध्ययन किया जा चुका है, लेकिन Sn-आधारित MOFs की समझ अभी भी सीमित है। फोटोकैटलिसिस के क्षेत्र में Sn-आधारित MOFs की संभावनाओं और संभावित अनुप्रयोगों का पूरी तरह से पता लगाने के लिए आगे के अध्ययन और शोध की आवश्यकता है।
टिन-आधारित MOF KGF-10 के संश्लेषण के लिए, शोधकर्ताओं ने प्रारंभिक घटकों के रूप में H3ttc (ट्राइथियोसायन्यूरिक एसिड), MeOH (मेथनॉल) और टिन क्लोराइड का उपयोग किया। उन्होंने इलेक्ट्रॉन दाता और हाइड्रोजन स्रोत के रूप में 1,3-डाइमिथाइल-2-फेनिल-2,3-डाइहाइड्रो-1H-बेंजो[d]इमिडाज़ोल को चुना। संश्लेषण के बाद, प्राप्त KGF-10 को विभिन्न विश्लेषणात्मक विधियों के अधीन किया गया। इन परीक्षणों से पता चला कि इस पदार्थ में 2.5 eV के बैंड गैप के साथ मध्यम CO2 अधिशोषण क्षमता है और यह दृश्य तरंगदैर्ध्य सीमा में प्रभावी रूप से अवशोषित होता है।
नए पदार्थ के भौतिक और रासायनिक गुणों की जानकारी के आधार पर, वैज्ञानिकों ने दृश्य प्रकाश द्वारा कार्बन डाइऑक्साइड के अपचयन को उत्प्रेरित करने के लिए इसका उपयोग किया। विशेष रूप से, शोधकर्ताओं ने पाया कि KGF-10 बिना किसी सहायक फोटोसेंसिटाइज़र या उत्प्रेरक के 99% तक चयनात्मकता के साथ CO2 को फॉर्मेट (HCOO-) में परिवर्तित कर देता है। इसके अलावा, KGF-10 ने अभूतपूर्व रूप से उच्च आभासी क्वांटम उपज (फोटॉन के उपयोग की दक्षता का एक माप) प्रदर्शित की, जो 400 nm पर 9.8% तक पहुँच गई। उल्लेखनीय रूप से, फोटोकैटलिटिक अभिक्रिया के दौरान किए गए संरचनात्मक विश्लेषण से पता चला कि KGF-10 अपचयन प्रक्रिया में सहायता के लिए संरचनात्मक संशोधन से गुजरता है।
यह अभूतपूर्व शोध उच्च प्रदर्शन वाले टिन-आधारित फोटोकैटलिस्ट KGF-10 को प्रस्तुत करता है, जिसे दृश्य प्रकाश द्वारा CO2 को फॉर्मेट में अपचयित करने के लिए किसी भी प्रकार की कीमती धातुओं की आवश्यकता नहीं होती है। इस अध्ययन में प्रदर्शित KGF-10 के उल्लेखनीय गुण सौर CO2 अपचयन सहित विभिन्न अनुप्रयोगों में फोटोकैटलिस्ट के रूप में इसके उपयोग में क्रांतिकारी बदलाव ला सकते हैं। प्रोफेसर माएदा ने निष्कर्ष निकाला: “हमारे परिणाम दर्शाते हैं कि MOFs पृथ्वी पर प्रचुर मात्रा में पाए जाने वाले गैर-विषाक्त, किफायती और प्रचुर धातुओं का उपयोग करके बेहतर फोटोकैटलिटिक क्षमताओं के विकास के लिए एक मंच के रूप में कार्य कर सकते हैं, जो अक्सर आणविक धातु संकुल होते हैं। यह खोज फोटोकैटलिसिस के क्षेत्र में नई संभावनाएं खोलती है और पृथ्वी के संसाधनों के सतत और कुशल उपयोग का मार्ग प्रशस्त करती है।
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