न्यूजवाईज – अर्थव्यवस्थेला चालना देण्यासाठी कार्बन-आधारित इंधनांची वाढती मागणी हवेतील कार्बन डायऑक्साइडचे (CO2) प्रमाण सतत वाढवत आहे. CO2 उत्सर्जन कमी करण्याचे प्रयत्न होत असले तरी, त्यामुळे वातावरणात आधीच असलेल्या या वायूचे हानिकारक परिणाम कमी होत नाहीत. म्हणून संशोधकांनी वातावरणातील CO2 चे फॉर्मिक ॲसिड (HCOOH) आणि मिथेनॉलसारख्या मौल्यवान पदार्थांमध्ये रूपांतर करून त्याचा उपयोग करण्याचे नाविन्यपूर्ण मार्ग शोधले आहेत. दृश्य प्रकाशाचा उत्प्रेरक म्हणून वापर करून प्रकाश-उत्प्रेरकांद्वारे (photocatalysts) CO2 चे प्रकाश-क्षपण (photoreduction) करणे, ही अशा रूपांतरणांसाठी एक लोकप्रिय पद्धत आहे.
'Angewandte Chemie' च्या ८ मे २०२३ च्या आंतरराष्ट्रीय आवृत्तीत उघड झालेल्या ताज्या महत्त्वपूर्ण शोधात, टोकियो इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजी येथील प्राध्यापक काझुहिको माएदा आणि त्यांच्या संशोधन पथकाने लक्षणीय प्रगती केली आहे. त्यांनी CO2 च्या निवडक प्रकाश-क्षपणास (selective photoreduction) चालना देणारा एक कथील (Sn) धातू-सेंद्रिय आराखडा (MOF) यशस्वीरित्या विकसित केला आहे. नुकत्याच सादर केलेल्या या MOF ला KGF-10 असे नाव देण्यात आले असून, त्याचे रासायनिक सूत्र [SnII2(H3ttc)2.MeOH]n आहे (H3ttc: ट्रायथायोसायॅन्युरिक ॲसिड, MeOH: मिथेनॉल). दृश्य प्रकाशाचा वापर करून, KGF-10 प्रभावीपणे CO2 चे फॉर्मिक ॲसिडमध्ये (HCOOH) रूपांतर करते. प्राध्यापक माएदा यांनी स्पष्ट केले, “आजपर्यंत, दुर्मिळ आणि मौल्यवान धातूंवर आधारित CO2 क्षपणासाठी अनेक अत्यंत कार्यक्षम प्रकाश-उत्प्रेरक (photocatalysts) विकसित केले गेले आहेत. तथापि, प्रकाश-शोषक आणि उत्प्रेरक कार्ये मोठ्या संख्येने धातूंनी बनलेल्या एकाच आण्विक घटकामध्ये एकत्रित करणे हे एक आव्हान आहे.” त्यामुळे, या दोन अडथळ्यांवर मात करण्यासाठी कथील (Sn) एक आदर्श पर्याय ठरला आहे.”
धातू आणि सेंद्रिय पदार्थांचे फायदे एकत्र करणाऱ्या MOFs चा, दुर्मिळ पृथ्वी धातूंवर आधारित पारंपरिक प्रकाश-उत्प्रेरकांना एक अधिक पर्यावरणपूरक पर्याय म्हणून शोध घेतला जात आहे. प्रकाश-उत्प्रेरक प्रक्रियांमध्ये उत्प्रेरक आणि प्रकाश शोषक अशा दुहेरी भूमिकेसाठी ओळखला जाणारा Sn (टिन), MOF-आधारित प्रकाश-उत्प्रेरकांसाठी एक संभाव्य व्यवहार्य पर्याय ठरू शकतो. झिरकोनियम, लोह आणि शिसे यांपासून बनलेल्या MOFs चा मोठ्या प्रमाणावर अभ्यास केला गेला असला तरी, Sn-आधारित MOFs बद्दलची समज अजूनही मर्यादित आहे. प्रकाश-उत्प्रेरणाच्या क्षेत्रात Sn-आधारित MOFs च्या शक्यता आणि संभाव्य उपयोगांचा पूर्णपणे शोध घेण्यासाठी पुढील अभ्यास आणि संशोधनाची आवश्यकता आहे.
टिन-आधारित MOF KGF-10 चे संश्लेषण करण्यासाठी, संशोधकांनी H3ttc (ट्रायथायोसायॅन्युरिक ॲसिड), MeOH (मिथेनॉल) आणि टिन क्लोराईड हे प्रारंभिक घटक म्हणून वापरले. त्यांनी इलेक्ट्रॉन दाता आणि हायड्रोजन स्रोत म्हणून 1,3-डायमिथिल-2-फेनिल-2,3-डायहायड्रो-1H-बेंझो[d]इमिडाझोलची निवड केली. संश्लेषणानंतर, प्राप्त झालेल्या KGF-10 वर विविध विश्लेषणात्मक पद्धतींनी चाचणी करण्यात आली. या चाचण्यांमधून असे दिसून आले की, या पदार्थामध्ये 2.5 eV च्या बँड गॅपसह मध्यम CO2 शोषण क्षमता आहे आणि दृश्यमान तरंगलांबीच्या श्रेणीमध्ये प्रभावी शोषण होते.
नवीन पदार्थाच्या भौतिक आणि रासायनिक गुणधर्मांच्या ज्ञानाच्या आधारे, शास्त्रज्ञांनी दृश्य प्रकाशाद्वारे कार्बन डायऑक्साइडचे क्षपण उत्प्रेरित करण्यासाठी त्याचा वापर केला. विशेष म्हणजे, संशोधकांना असे आढळले की KGF-10 कोणत्याही सहायक फोटोसेन्सिटायझर किंवा उत्प्रेरकाशिवाय ९९% पर्यंत निवडक्षमतेसह CO2 चे फॉर्मेट (HCOO-) मध्ये रूपांतर साध्य करते. याव्यतिरिक्त, KGF-10 ने अभूतपूर्व उच्च भासमान क्वांटम यील्ड (फोटॉन वापरण्याच्या कार्यक्षमतेचे एक माप) प्रदर्शित केले, जे ४०० nm वर ९.८% इतके होते. विशेष म्हणजे, प्रकाश-उत्प्रेरक अभिक्रियेदरम्यान केलेल्या संरचनात्मक विश्लेषणातून असे दिसून आले की क्षपण प्रक्रियेस मदत करण्यासाठी KGF-10 मध्ये संरचनात्मक बदल होतो.
हे अभूतपूर्व संशोधन, दृश्य प्रकाशाद्वारे CO2 चे फॉर्मेटमध्ये रूपांतर करण्यासाठी एक-मार्गी उत्प्रेरक म्हणून, मौल्यवान धातूंची गरज नसलेला, उच्च-कार्यक्षमतेचा कथील-आधारित प्रकाश-उत्प्रेरक KGF-10 सादर करते. या अभ्यासात प्रदर्शित झालेले KGF-10 चे उल्लेखनीय गुणधर्म, सौर CO2 क्षपणासह विविध उपयोगांमध्ये प्रकाश-उत्प्रेरक म्हणून त्याच्या वापरात क्रांती घडवून आणू शकतात. प्राध्यापक माएदा निष्कर्ष काढतात: “आमचे निष्कर्ष सूचित करतात की, MOFs हे पृथ्वीवर आढळणाऱ्या बिनविषारी, किफायतशीर आणि मुबलक धातूंचा वापर करून उत्कृष्ट प्रकाश-उत्प्रेरक क्षमता विकसित करण्यासाठी एक व्यासपीठ म्हणून काम करू शकतात, जे धातू अनेकदा आण्विक धातू संकुलांच्या स्वरूपात उपलब्ध नसतात.” हा शोध प्रकाश-उत्प्रेरणाच्या क्षेत्रात नवीन शक्यता आणि नवीन क्षितिजे उघडतो आणि पृथ्वीच्या संसाधनांच्या शाश्वत व कार्यक्षम वापराचा मार्ग मोकळा करतो.
न्यूजवाईज पत्रकारांना ताज्या बातम्या उपलब्ध करून देते आणि विद्यापीठे, संस्था व पत्रकारांना त्यांच्या प्रेक्षकांपर्यंत ताज्या बातम्या पोहोचवण्यासाठी एक व्यासपीठ उपलब्ध करून देते.