Kooldioxide omzetten in methanol, een potentieel hernieuwbare alternatieve brandstof, biedt de mogelijkheid om tegelijkertijd een alternatieve brandstof te vormen en de uitstoot van kooldioxide te verminderen.

Geïnspireerd door natuurlijk voorkomende processen, een team van scheikundigen van Boston College gebruikte een systeem met meerdere katalysatoren om koolstofdioxide om te zetten in methanol bij de laagste gerapporteerde temperaturen met hoge activiteit en selectiviteit, rapporteerden de onderzoekers in een recente online editie van het tijdschrift Chemo .

De ontdekking van het team werd mogelijk gemaakt door meerdere katalysatoren te installeren in een enkel systeem gebouwd in een sponsachtig poreus kristallijn materiaal dat bekend staat als een metaal-organisch raamwerk, aldus Boston College Associate Professors of Chemistry Jeffery Byers en Frank Tsung, hoofdauteurs van het rapport.

Op zijn plaats gehouden door de spons, de afzonderlijke katalysatoren werken in harmonie samen. Zonder op deze manier de katalytisch actieve soorten te isoleren, de reactie verliep niet en er werd geen product verkregen, meldden ze.

Het team liet zich inspireren door de biologische machinerie in cellen, die chemische reacties met meerdere componenten gebruiken met grote efficiëntie, zei Tsung.

Het team gebruikte katalysatorscheiding door middel van gastheer-gast-chemie - waarbij een "gast" -molecuul wordt ingekapseld in een "gastheer" -materiaal om een ​​nieuwe chemische verbinding te vormen - om koolstofdioxide om te zetten in methanol. De aanpak, geïnspireerd door de multicomponent katalytische transformaties in de natuur, een broeikasgas omgezet in een hernieuwbare brandstof terwijl de hoge katalytische vraag naar een enkele soort werd vermeden.

"We hebben dit bereikt door een of meer katalysatoren in een metaal-organisch raamwerk in te kapselen en het resulterende gastheer-gast-construct in katalyse toe te passen in combinatie met een ander overgangsmetaalcomplex, ' zei Tsung.

Het team, waaronder afgestudeerde student Thomas M. Rayder en niet-gegradueerde Enric H. Adillon, uiteengezet om te bepalen of zij een aanpak zouden kunnen ontwikkelen om onverenigbare katalysatoren te integreren om kooldioxide om te zetten in methanol bij lage temperatuur en met hoge selectiviteit, zei Byers.

specifiek, ze wilden weten of er specifieke voordelen zijn aan deze aanpak in vergelijking met de huidige state-of-the-art systemen voor op overgangsmetaalcomplexen gebaseerde omzetting van koolstofdioxide in methanol.

"Het positioneren van meerdere overgangsmetaalcomplexkatalysatoren op de juiste positie in een systeem is van cruciaal belang voor het omslaan van de reactie, "zei Byers. "Tegelijkertijd, het inkapselen van deze katalysatoren zorgde voor recycleerbaarheid in het katalytische systeem met meerdere componenten."

Deze eigenschappen maken het meercomponentenkatalysatorconstruct industrieel relevanter, die de weg kunnen effenen voor een koolstofneutraal brandstofverbruik, aldus de onderzoeken.

Naast het bereiken van locatie-isolatie door de katalysatoren in te kapselen, wat leidde tot katalysatoractiviteit en recycleerbaarheid, het team ontdekte een autokatalytisch kenmerk van de katalysator waardoor de reactie kon worden uitgevoerd zonder dat er grote hoeveelheden additieven nodig waren. De meeste eerdere rapporten voor soortgelijke reacties gebruiken grote hoeveelheden additieven, maar de aanpak van het team vermijdt deze noodzaak en het is de eerste die kooldioxide gebruikt in een energiegerelateerde reactie, zei Tsung.

Het team is van plan verder onderzoek te doen naar de modulariteit van zowel de inkapselingsmethode als de metaal-organische raamwerken om een ​​dieper inzicht te krijgen in het meercomponentensysteem en het verder te optimaliseren, evenals toegang tot nieuwe, onontgonnen reactiviteit door de vorming van nieuwe host-guest constructies, zei Tsung.