Fotosensibilizadores homoelépticos para la fotorreducción de CO2

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La fotoquímica
• Catálisis

Sus antecedentes:

• Los sistemas libres de metales nobles para la reducción fotocatalítica de CO2 se enfrentan a desafíos debido a la falta de fotosensibilizadores potentes y duraderos que abundan en la tierra.
• El desarrollo de fotosensibilizadores rentables y eficientes es fundamental para el avance de las tecnologías de conversión de combustible solar.

Objetivo del estudio:

• Diseñar y sintetizar nuevos fotosensibilizadores homoleptos de Al (III) con ligandos de 2-piridilpirrolido para una fotorreducción eficiente del CO2.
• Investigar el impacto de la funcionalización del grupo metilo en las propiedades fotofísicas y el rendimiento catalítico de los fotosensibilizadores Al (III).
• Establecer un sistema de alto rendimiento y libre de metales nobles para la conversión selectiva de CO2 a CO.

Principales métodos:

• Síntesis de una serie de fotosensibilizantes homoleptos de Al (III) con diversos grados de sustitución del grupo metilo en los ligandos pirrólidos.
• Caracterización mediante espectroscopia de estado estacionario y resolución temporal (incluida la absorción transitoria y la espectroscopia de fluorescencia).
• Cálculos químicos cuánticos para comprender las estructuras electrónicas y las propiedades del estado excitado.
• Experimentos de reducción fotocatalítica de CO2 con un donante de electrones de sacrificio y un catalizador de Fe (II) -cuaterpiridina bajo irradiación de luz visible.

Principales resultados:

• La excitación con luz visible de los fotosensibilizadores de Al (III) genera estados excitados de singlet emisores con vidas de nanosegundos y rendimientos cuánticos de emisión del 10-40%.
• La introducción del grupo metilo mejora significativamente la absorción de la luz visible, la potencia de reducción y la durabilidad de los fotosensibilizadores Al (III).
• El fotosensibilizador Al ((III) más metilado logró una eficiencia cuántica aparente del 2,8% para la conversión selectiva de CO2 a CO (> 99% de selectividad) a 450 nm, una mejora de 28 veces con respecto al análogo no metilado.
• El sistema óptimo demostró un número de rotación máximo de 10250 y una robustez superior en comparación con los fotosensibilizadores de referencia Ru (II) y Cu (I).
• La transferencia de electrones fotoinducida sigue una vía de apagado reductivo.

Conclusiones:

• Los fotosensibilizadores homoleptos de Al (III) con ligandos 2-piridilpirrolido son componentes prometedores libres de metales nobles para la reducción fotocatalítica de CO2.
• La funcionalización del metilo ofrece una poderosa estrategia para ajustar las propiedades fotofísicas y mejorar el rendimiento catalítico.
• El sistema basado en Al ((III) desarrollado exhibe una notable eficiencia, selectividad y durabilidad, allanando el camino para la producción de combustible solar rentable.