Karbono nitruroan eta titanio dioxidoan oinarritutako MOFen ezarpena karbono dioxidoaren erredukziorako

Abstract

Karbono dioxidoaren (CO₂) biltegiratzea eta berrerabilpena klima-aldaketa arintzeko erronka handienetako bat dira. CO₂ betirako lurpean biltegiratu daitekeen arren, alternatiba bat konposatu kimiko eta erregai baliotsu bihurtzea da katalisi-prozesuen bidez. Metodo horien artean, CO₂ren fotoredukzioa bide jasangarri bat da, eguzki-energia erabiliz karbono-konposatu bihurtzeko. Hala ere, prozesu honen eraginkortasuna nagusiki fotoaktibo gisa erabiltzen diren katalizatzaileen aukeraketaren eta haien egiturazko propietateen araberakoa da. Karbono nitruroa (C₃N₄) eta titanio dioxidoa (TiO₂) bezalako material fotoaktiboek funtsezko eginkizuna dute CO₂ren fotoredukzioan, katalizatzaile gisa jardunez, argia xurgatu eta erreakzioa erraztuz. Katalisiaren errendimendua hobetzeko, material mesoporotsuak gehitu daitezke CO₂ren xurgapena handitzeko, gainazal-eremu handiagoa eta difusio-bide eraginkorragoak eskainiz. Horrez gain, material hauetan metalezko-organikoen egiturak (MOF) integratzea estrategia eraginkorra da, substratuaren espezifikotasuna, selektibitatea eta eraginkortasun orokorra hobetzeko. MOFak poro handia, egitura doigarria eta gune metaliko aktiboak dituzten materialak dira, eta erreakzio-bideak eraldatu eta CO₂ aktibazioan lagundu dezakete Hala ere, MOFen eta fotoaktiboen euskarriaren arteko elkarrekintzak eragin nabarmena du egonkortasun estrukturalean, karga-transferentziaren dinamikan eta eraginkortasun katalitikoan. MOFak oso sentikorrak dira hazkuntza-ingurunearen eta interfazean gertatzen diren interakzioen aurrean, eta, ondorioz, euskarri-materialaren hautaketak MOFen portaeran eragina du MOF@euskarri heterojuntzioetan. Azalera-kimika, porositatea eta propietate elektronikoak bezalako faktoreen aldeek karbono nitruroaren eta titanio dioxidoaren gainean MOFen nukleazioa, hazkundea eta katalizatzailearekiko interakzioa baldintzatuko dute, eta, azken batean, CO₂ren fotoredukzioaren jarduera baldintzatuko dute. Ikerketa honek HKUST-1 MOFa bi euskarri fotoaktibo ezberdinetan haztearen eragina aztertzen du: karbono nitruro grafitiko mesoporotsua (mpg-C₃N₄) eta titanio dioxidoa (TiO₂). Geruzaz geruza gehiketa-metodo bat erabiliz, gainazaleko lotura, interfazean gertatzen den karga-transferentzia eta elkarrekintza katalitikoak aztertzen ditugu CO₂ren fotoredukzioan. Esperimentuak batch sistema itxi batean egiten dira, ura elektroi emaile gisa erabiliz, erreakzio-baldintza kontrolatuetan fotokatalizatzaile-MOF konbinazio ezberdinen errendimendua alderatzeko. HKUST-1 material hauekin nola integratzen den ulertzeak aukera emango du hibrido fotoaktiboak optimizatzeko, CO₂ren bihurtze-eraginkortasuna, produktu-selektibitatea eta epe luzerako egonkortasuna hobetzeko, eguzki-energia bidezko karbono-berrerabilpen teknologiak garatzeko.