طراحی و سنتز نسل جدید فوتوکاتالیست‌های مبتنی بر چارچوب‌های فلز-آلی

به گزارش خبرگزاری آنا، در پژوهشی نوآورانه، محققان دانشکده شیمی دانشگاه تهران موفق به طراحی و سنتز گونه تازه‌ای از فوتوکاتالیست‌های مبتنی بر چارچوب‌های فلز-آلی (MOFs) شدند.

کامران اخباری، عضو هیئت‌علمی دانشکده شیمی دانشگاه تهران، با اشاره به اینکه فناوری فوتوکاتالیستی یک فناوری نوآورانه و سازگار با محیط زیست با بهره‌گیری از انرژی نور و مواد نیمه‌رساناست، گفت: «این فناوری قادر است به طور مؤثری آلاینده‌ها را به ترکیبات ساده و بی‌زیان تبدیل کند.»

استاد دانشکده شیمی دانشکدگان علوم اظهار داشت: «در میان مواد فوتوکاتالیستی، چارچوب‌های فلز-آلی (MOFs) به دلیل ویژگی‌های منحصر به فردی همچون سطح ویژه بالا، تخلخل قابل‌تنظیم، تنوع ساختاری، زیست‌سازگاری و حضور سایت‌های فلزی فعال، به عنوان نسل جدید فوتوکاتالیست‌ها مورد توجه قرار گرفته‌اند. چارچوب‌های فلز-آلی (MOFs) معمولاً بر اساس مکان کشف و سنتزشان نام‌گذاری می‌شوند. از همین رو، چارچوب‌های فلز-آلی که توسط این گروه پژوهشی طراحی، سنتز و شناسایی شده‌اند و طیف گسترده‌ای را دربرمی‌گیرند با نام مواد دانشگاه تهران یا MUT (Materials from University of Tehran) نام‌گذاری شده‌اند. این مواد کاربرد‌های مختلفی از جمله در جذب و جداسازی گازها، دارورسانی و طراحی فوتوکاتالیست‌ها دارند.»

 اخباری با اشاره به اینکه واکنش شبه‌فنتون یک فرایند اکسیداسیون پیشرفته (AOP) است که معمولاً برای حذف و تخریب آلاینده‌های آلی به کار می‌رود، اظهار داشت: «مواد شبه‌فنتونی شامل چارچوب‌های فلز-آلی (MOFs) حاوی یون‌های فلزی آهن (Fe)، کبالت (Co)، منگنز (Mn) و مس (Cu) می‌شود که با استفاده از آنها می‌توان فوتوکاتالیست‌های شبه‌فنتونی مبتنی بر MOFs با بالاترین عملکرد را طراحی و سنتز نمود.»

این استاد شیمی معدنی با اعلام اینکه در این پژوهش یک چارچوب فلز-آلی جدید بر پایه یون فلزی کبالت سنتز و شناسایی و با نام MUT-16 معرفی شده است، گفت: «این ساختار به عنوان یک فوتوکاتالیست شبه فنتونی به کار گرفته شد و به منظور ارتقای عملکرد آن، نانوذرات نقره (Ag NPs) درون حفرات و روی سطح ساختار نانو متخلخل MUT-16 بارگذاری شدند تا نانوکامپوزیت Ag@MUT-16 به عنوان یک فوتوکاتالیست شبه فنتونی و پلاسمونی به دست آید. نتایج نشان داد که پس از ۳۰ دقیقه تابش نور مرئی، حدود ۸۷.۷۵ درصد از کینولین زرد توسط فوتوکاتالیست شبه‌فنتونی و پلاسمونی Ag@MUT-16 تخریب می‌شود.»

اخباری افزود: «ویژگی‌های منحصربه‌فرد نانوکامپوزیت Ag@MUT-16، از جمله اثر شبه‌فنتونی یون‌های فلزی کبالت (+Co2) در کلاستر فلزی MUT-16، اثر رزونانس پلاسمون سطحی نانوذرات نقره، تشکیل اتصال شاتکی در فصل مشترک نانوذرات نقره و MUT-16، و کاهش بازترکیب الکترون-حفره به واسطه تله‌گذاری الکترون‌ها توسط نانوذرات نقره به عنوان کو‌کاتالیست، همگی نقش مؤثری در فرایند تخریب فوتوکاتالیستی کینولین زرد ایفا نموده است.»

این دستاورد پژوهشی علاوه بر اهمیت بنیادی در حوزه علوم و فناوری نانو، نانوشیمی و علم مواد، می‌تواند تأثیر قابل توجهی بر توسعه فناوری‌های پایدار و حل چالش‌های محیط زیستی داشته باشد. نتایج این مطالعه که در قالب رساله دکتری رقیه قاسم‌زاده، دانشجوی رشته علوم و فناوری نانو-نانوشیمی دانشگاه تهران، تحت راهنمایی دکتر کامران اخباری، استاد دانشکده شیمی دانشگاه تهران و با همکاری یکی از اساتید دانشگاه فوکوکا ژاپن به انجام رسیده، از سوی انجمن سلطنتی شیمی (RSC) انگلستان منتشر شده و از طریق پیوند زیر در دسترس است:


Ag@MUT-16 nanocomposite as a Fenton-like and plasmonic photocatalyst for degradation of Quinoline Yellow under visible light