Omdannelse af kuldioxid til værdifulde ressourcer ved hjælp af nanopartikler

Et internationalt forskerhold har brugt nanopartikler til at omdanne kuldioxid til værdifulde råvarer. Forskere ved Ruhr-Universität Bochum i Tyskland og University of New South Wales i Australien har vedtaget princippet fra enzymer, der producerer komplekse molekyler i flertrinsreaktioner. Teamet overførte denne mekanisme til metalliske nanopartikler, også kendt som nanozymer. Kemikerne brugte kuldioxid til fremstilling af ethanol og propanol, som er almindelige råvarer til den kemiske industri.

Teamet ledet af professor Wolfgang Schuhmann fra Center for Elektrokemi i Bochum og professor Corina Andronescu fra University of Duisburg-Essen, sammen med det australske team ledet af professor Justin Gooding og professor Richard Tilley, rapporteret i Journal of the American Chemical Society den 25. august 2019.

"Overførsel af enzymernes kaskadereaktioner til katalytisk aktive nanopartikler kan være et afgørende skridt i designet af katalysatorer, "siger Wolfgang Schuhmann.

Partikel med to aktive centre

Enzymer har forskellige aktive centre for kaskadereaktioner, som er specialiseret i visse reaktionstrin. For eksempel, et enkelt enzym kan producere et komplekst produkt ud fra et relativt simpelt udgangsmateriale. For at efterligne dette koncept, forskerne syntetiserede en partikel med en sølvkerne omgivet af et porøst lag kobber. Sølvkernen fungerer som det første aktive center, kobberlaget som det andet. Mellemprodukter dannet ved sølvkernen reagerer derefter i kobberlaget for at danne mere komplekse molekyler, som i sidste ende forlader partiklen.

I det nuværende arbejde, det tysk-australske team viste, at den elektrokemiske reduktion af kuldioxid kan finde sted ved hjælp af nanozymerne. Flere reaktionstrin på sølvkernen og kobberskallen omdanner udgangsmaterialet til ethanol eller propanol.

"Der er også andre nanopartikler, der kan producere disse produkter fra CO ₂ uden kaskadeprincippet, "siger Wolfgang Schuhmann." Dog, de kræver betydeligt mere energi. "

Forskerne ønsker nu at videreudvikle konceptet om kaskadereaktionen i nanopartikler for selektivt at kunne producere endnu mere værdifulde produkter såsom ethylen eller butanol.