Porøs krystal styrer reaktion til omdannelse af kuldioxid

Ved at indlejre en sølvkatalysator i en porøs krystal, KAUST -forskere har forbedret en kemisk reaktion, der omdanner kuldioxid (CO ₂ ) til kulilte (CO), som er et nyttigt råstof til den kemiske industri.

Kulilte er en byggesten til produktion af kulbrintebrændstoffer, og mange forskere søger efter måder at producere det fra CO ₂ , en drivhusgas, der udledes ved forbrænding af fossile brændstoffer. En strategi går ud på at bruge elektricitet og en katalysator til at drive et såkaldt CO ₂ reduktionsreaktion. Men denne reaktion producerer typisk en række andre produkter, herunder metan, methanol og ethylen. Adskillelse af disse produkter øger omkostningerne ved processen betydeligt, så forskere håber at guide reaktionen til at generere et enkelt produkt.

Osama Shekhah og Mohamed Eddaoudi, kemikere hos KAUST, i samarbejde med Ted Sargents gruppe ved University of Toronto, har nu finjusteret CO ₂ reduktionsreaktion ved hjælp af organiske metalrammer (MOF'er). Disse porøse krystaller indeholder et gitter af metalbaserede noder forbundet med carbonbaserede linkermolekyler. Ved at ændre disse komponenter, forskere kan skræddersy størrelsen på en MOF's porer og dens kemiske egenskaber.

Forskerne skabte fire forskellige MOF'er med det samme overordnede gitterarrangement og voksede 5-nanometer-brede nanopartikler af sølv inde i porerne i hver MOF. Derefter testede de hver MOF for at finde ud af, hvordan dens struktur påvirkede CO ₂ reduktionsreaktion. De overvågede, hvilke produkter der kom frem fra processen, og undersøgte, hvordan en aktiveret form for CO - et afgørende mellemprodukt i reaktionen - binder sig til sølvkatalysatoren.

Den mest effektive MOF indeholdt zirconium-baserede knuder forbundet med molekyler på 1, 4-naphthalenedicarboxylsyre. Fordi den har mindre porer, dens evne til at fange CO ₂ overgik sine konkurrenter.

Sølvnanopartiklen i denne MOF bandt også aktiveret CO på en anden måde end de andre, tilslutning i en "broform", der involverer to bindinger frem for en. Dette sikrede, at CO var mindre tilbøjelige til at omdanne til uønskede biprodukter. "Kontrol af typen af ​​CO -mellemprodukt under reaktionen har stor indflydelse på CO -selektiviteten, "siger Shekhah. Sammen, disse effekter øgede effektiviteten af ​​CO -produktionen til 94 procent, en dramatisk forbedring af selektiviteten.

Forskerne håber at bygge videre på deres strategi, foretage yderligere justeringer af MOF's struktur for at forbedre CO ₂ reduktionsreaktion. "Vi mener, at dette arbejde baner vej for at bruge MOF'er som nye understøttelser til forbedring af aktiviteten og produktselektiviteten af ​​CO ₂ reduktionsreaktion ved direkte interaktion med de gasformige mellemprodukter og styring af deres bindingsform, "siger Eddaoudi.