Door een zilverkatalysator in te bedden in een poreus kristal, KAUST-onderzoekers hebben een chemische reactie verbeterd die koolstofdioxide (CO ₂ ) in koolmonoxide (CO), wat een nuttige grondstof is voor de chemische industrie.

Koolmonoxide is een bouwsteen voor de productie van koolwaterstofbrandstoffen, en veel onderzoekers zoeken naar manieren om het te produceren uit CO ₂ , een broeikasgas dat wordt uitgestoten door de verbranding van fossiele brandstoffen. Een strategie is het gebruik van elektriciteit en een katalysator om een ​​zogenaamde CO ₂ reductie reactie. Maar deze reactie produceert meestal een verscheidenheid aan andere producten, inclusief methaan, methanol en ethyleen. Het scheiden van deze producten verhoogt de kosten van het proces aanzienlijk, dus hopen onderzoekers de reactie te sturen om een ​​enkel product te genereren.

Osama Shekha en Mohamed Eddaoudi, chemici bij KAUST, in samenwerking met de groep van Ted Sargent aan de Universiteit van Toronto, heb nu de CO . gefinetuned ₂ reductiereactie met behulp van metaalorganische raamwerken (MOF's). Deze poreuze kristallen bevatten een rooster van op metaal gebaseerde knooppunten verbonden door op koolstof gebaseerde linkermoleculen. Door deze componenten te veranderen, onderzoekers kunnen de grootte van de poriën van een MOF en de chemische eigenschappen ervan aanpassen.

De onderzoekers creëerden vier verschillende MOF's met dezelfde algemene roosterrangschikking en groeiden 5 nanometer brede nanodeeltjes zilver in de poriën van elke MOF. Vervolgens testten ze elke MOF om te ontdekken hoe de structuur de CO . beïnvloedde ₂ reductie reactie. Ze controleerden welke producten uit het proces kwamen en bestudeerden hoe een geactiveerde vorm van CO - een cruciaal tussenproduct in de reactie - zich aan de zilverkatalysator bond.

De meest effectieve MOF bevatte op zirkonium gebaseerde knooppunten verbonden door moleculen van 1, 4-naftaleendicarbonzuur. Omdat het kleinere poriën heeft, zijn vermogen om CO . op te vangen ₂ presteerde beter dan zijn rivalen.

Het zilveren nanodeeltje in deze MOF bond geactiveerde CO ook op een andere manier dan de andere, verbinden in een "overbruggingsmodus" met twee bindingen in plaats van één. Dit zorgde ervoor dat CO minder snel zou veranderen in ongewenste bijproducten. "Het beheersen van het type CO-tussenproduct tijdens de reactie heeft een grote invloed op de CO-selectiviteit, " zegt Shekha. Samen, deze effecten verhoogden de efficiëntie van de CO-productie tot 94 procent, een dramatische verbetering van de selectiviteit.

De onderzoekers hopen voort te bouwen op hun strategie, verdere aanpassingen aan de MOF-structuur maken om de CO . te verbeteren ₂ reductie reactie. "Wij zijn van mening dat dit werk de weg vrijmaakt voor het gebruik van MOF's als nieuwe ondersteuning voor het verbeteren van de activiteit en productselectiviteit van de CO ₂ reductiereactie door directe interactie met de gasvormige tussenproducten en hun bindingsmodus te regelen, ' zegt Eddaoudi.