En metalfri, bæredygtig tilgang til reduktion af kuldioxid

Forskere i Japan har præsenteret en organisk katalysator for kuldioxid (CO ₂ ) reduktion, der er billig, let tilgængelig og genanvendelig. Da niveauet af katalytisk aktivitet kan indstilles af opløsningsmiddelbetingelserne, deres resultater kunne åbne mange nye retninger for omdannelse af CO ₂ til industrielt anvendelige organiske forbindelser.

Bæredygtighed er et nøglemål i udviklingen af ​​næste generations katalysatorer for CO ₂ reduktion. En lovende tilgang er en reaktion kaldet hydrosilylering af CO ₂ . Imidlertid, de fleste katalysatorer udviklet til dato til dette formål har den ulempe, at de indeholder metaller, der er dyre, ikke bredt tilgængelig og potentielt skadelig for miljøet.

Nu, forskere ved Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) og Renewable Energy Research Center ved Japans National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) har demonstreret muligheden for at bruge en fuldt genanvendelig, metalfri katalysator.

Ved at sammenligne, hvor godt forskellige organiske katalysatorer kunne opnå hydrosilylering af CO ₂ , holdet identificerede en, der overgik alle andre med hensyn til selektivitet og udbytte. Denne katalysator, kaldet tetrabutylammonium (TBA)-formiat, opnåede 99 procent selektivitet og producerede det ønskede formiatprodukt med et udbytte på 98 procent. Reaktionen forekom hurtigt (inden for 24 timer) og under milde forhold, ved en temperatur på 60°C.

Bemærkelsesværdigt, katalysatoren har et omsætningstal på op til 1800, hvilket er mere end en størrelsesorden højere end tidligere resultater.

I 2015 teamleder Ken Motokura fra Tokyo Tech's Department of Chemical Science and Engineering og hans kolleger fandt ud af, at formiatsalte viser lovende katalytisk aktivitet. Det var dette hint, der dannede grundlaget for den aktuelle undersøgelse. Motokura forklarer:"Selvom vi forventede at formiatsalte ville udvise god katalytisk aktivitet, TBA-formiat viste meget højere selektivitet, stabilitet og aktivitet, der gik ud over vores forventninger."

I den aktuelle undersøgelse, forskerne fandt ud af, at katalysatoren kan gøres genanvendelig ved at bruge toluen som opløsningsmiddel. De viste, at Lewis basiske opløsningsmidler såsom N-methylpyrrolidon (NMP) og dimethylsulfoxid (DMSO) kan fremskynde reaktionen, hvilket betyder, at det katalytiske system kan indstilles.

Overordnede resultater - offentliggjort i online-udgaven af ​​tidsskriftet ACS Sustainable Chemistry &Engineering - tilbyde en ny, miljøvenlig vej til at reducere CO ₂ samtidig med at det giver industrielt vigtige formiatprodukter.

Silylformiat kan nemt omdannes til myresyre, som kan tjene som en vigtig brintbærer, for eksempel, i brændselsceller. Den høje reaktivitet af silylformiat muliggør dets omdannelse til mellemprodukter til fremstilling af organiske forbindelser såsom carboxylsyrer, amider og alkoholer.

"Denne effektive transformationsteknik af CO ₂ til silylformiat vil udvide mulighederne for CO ₂ anvendelse som kemisk råvare, " siger Motokura.