Vand ændrer, hvordan kobolt-baseret molekyle forvandler kuldioxid til lovende kemikalie

Et team af forskere, herunder forskere fra Department of Energy's (DOE) Brookhaven National Laboratory og Yale University, opdagede, hvordan et vandmolekyle hjælper et koboltbaseret molekyle med at omdanne kuldioxid til kulilte, en alsidig byggesten til forskellige produkter som f.eks. plastik og brændstoffer. Undersøgelsen tyder på, at finjustering af miljøet omkring en katalysator kunne gøre de katalytiske reaktioner mere effektive og miljøvenlige.

Kuldioxid er en drivhusgas, der bidrager til klimaforandringerne. Konvertering af CO2 til nyttige produkter kan mindske dens miljøpåvirkning og samtidig producere værdifulde ressourcer. Det er imidlertid fortsat en betydelig udfordring at udvikle effektive katalysatorer til at drive denne omdannelsesreaktion.

Forskerholdet fokuserede på et koboltbaseret molekyle kendt som et koboltporfyrinkompleks. De brugte en kombination af røntgen- og neutronspektroskopiteknikker ved National Synchrotron Light Source II (NSLS-II) og Center for Functional Nanomaterials (CFN), begge DOE Office of Science User Facilities placeret på Brookhaven Lab, samt teoretiske beregninger , for at undersøge, hvordan tilstedeværelsen af ​​et vandmolekyle påvirker den katalytiske aktivitet af koboltporphyrinkomplekset.

Deres resultater afslørede, at vandmolekylet signifikant forbedrer molekylets katalytiske kraft ved at lette dannelsen og stabiliseringen af ​​et afgørende mellemprodukt i reaktionsvejen. Dette mellemprodukt, som indeholder både kuldioxid og en proton fra vandmolekylet, er afgørende for at omdanne kuldioxid til kulilte.

Forskningen giver værdifuld indsigt i, hvordan det lokale miljø omkring en katalysator kan påvirke dens katalytiske aktivitet. Ved omhyggeligt at designe katalysatorens miljø er det muligt at øge den katalytiske effektivitet og selektivitet til at omdanne kuldioxid til ønskede produkter, hvilket potentielt kan føre til grønnere og mere bæredygtige kemiske processer i fremtiden.

Undersøgelsen, med titlen "Water-Assisted Electrochemical CO2 Reduction to CO Mediated by a Cobalt Porphyrin Complex," blev offentliggjort i tidsskriftet Angewandte Chemie International Edition.