Vand ændrer, hvordan koboltbaseret molekyle gør kuldioxid til lovende kemikalie

At arbejde under gode forhold gør det let at få et job udført. Men hvad nu hvis du kunne blive god til god? Det er, hvad forskere gjorde for en populær katalysator, der driver omdannelsen af ​​kuldioxid til et lovende råstof kendt som formiat. En jord-rigelig koboltbaseret katalysator driver reaktionen i et opløsningsmiddel med en super stærk base, der er dyr. Med nogle back-of-the-envelope beregninger, Dr. Eric Wiedner og hans kolleger ved DOE's Pacific Northwest National Laboratory forudsagde, at koboltkatalysatoren kunne tage en anden reaktionsvej for at arbejde i vand med billigt natriumbicarbonat, almindeligvis kendt som bagepulver. Resultatet? Katalysatoren er den bedst effektive ikke-ædle metalkatalysator til omdannelse af kuldioxid i vand.

"Ved at bruge termodynamiske forudsigere til at designe katalysatorer, vi har undgået shotgun -tilgangen og den dertil knyttede tid og omkostninger, "sagde Wiedner." Vi forstår, hvordan vi styrer katalysatorens termodynamik, og nu kan vi udvide vores fund til at designe nye katalytiske systemer. "

Teamets arbejde viser, at reaktionsmiljøet, herunder katalysatoren, opløsningsmiddel, og base, påvirker reaktionen kraftigt. I dette tilfælde, omgivelserne bestemmer, hvordan reaktionen vil forløbe. At forstå miljøets indflydelse er afgørende for at designe de bedste katalysatorer. Og de bedste katalysatorer er nødvendige for at omdanne et almindeligt forurenende stof til et kemikalie, der kan tjene som byggesten til fremstilling af kulbrintebrændstoffer og kemikalier.

Hvad hvis forurenende kuldioxid kunne bruges som råstof til værdifulde kemikalier? Molekylet ville blive forvandlet til en kulbrinte byggesten. Hvordan? Ved først at tilføje hydrogen for at skabe formiat (HCOO-). En stor udfordring er at finde et katalysatorsystem, der kan drive reaktionen uden at stole på dyre kemikalier. Et forskerhold ved Pacific Northwest National Laboratory udtænkte et koboltbaseret katalysatorsystem, der fungerer i vand. Katalysatoren er den bedste, når det kommer til at drive reaktionen i vand uden at stole på ædle metaller eller dyre baser.

Teamet forudsagde, hvordan katalysatoren ville reagere med kuldioxid baseret på solvens forventede virkning på hydrid (H-) overførsel, med det mål at arbejde i vand. Mekanismen var forskellig fra dem, der forekommer i det traditionelle opløsningsmiddel, tetrahydrofuran. Den resulterende mekanisme er afhængig af billigt natriumbicarbonat i stedet for en stærk og dyr base.

Styret af forudsigelserne, holdet testede katalysatoren i vand med kuldioxid. De karakteriserede katalysatorens ydeevne ved højtryks-nuklear magnetisk resonansspektroskopi ved hjælp af en tilpasset celle udviklet og bygget på PNNL. "Dette er en sjælden og kraftfuld teknik i katalysesamfundet, "sagde Wiedner. Teamets analyse viste, at katalysatoren havde virket lige som forudsagt.