Нов катализатор превръща CO2 в гориво чрез имитация на фотосинтеза

Учени от Националната лаборатория Брукхейвън са разработили нов метод за превръщане на въглеродния диоксид в ценния промишлен химикал формиат с помощта на светлина и катализатор на основата на рутений. Особеност на технологията е използването на специални лиганди, които повишават ефективността и стабилността на реакцията, а също така предотвратяват появата на странични продукти. Като катализатори могат да се използват и по-лесно достъпни метали, като желязото. Това открива перспективи за по-екологични и рентабилни начини за улавяне и рециклиране на CO2.

Изследователите са разработили катализатор на основата на рутений, който използва светлината, за да задейства реакциите на пренос на електроните и протоните. По този начин въглеродният диоксид (CO2) се превръща във формиат (HCO2-). Това ценно съединение се използва в производството на горива, лекарства и антимикробни средства.

Екипът е вдъхновен от природния механизъм за преобразуване на въглерода – фотосинтезата. Точно както в тяхната реакция, прехвърлянето на протоните и електроните се стимулира от светлината. Процесът позволява слънчевата енергия да се съхранява в химични връзки, обясняват учените.

За да подобрят ефективността и стабилността на реакцията, изследователите променят механизма на взаимодействие на катализатора с въглеродния диоксид. Обикновено CO2 се свързва директно с металния център на катализатора, което често води до странични реакции и постепенно разрушаване на самия катализатор. Това е така, защото върху металния център има свободни места, където могат да се прикрепят други молекули.

За да се реши този проблем, металният център на катализатора е заобиколен от специални химични групи – лиганди. Тези лиганди действат като венчелистчетата на цветето, като предпазват неговата сърцевина. Тази модификация позволява свойствата на катализатора да бъдат прецизно настроени, като цялата химическа реакция се извършва върху самите лиганди, а не върху метала.

Благодарение на този механизъм се получава единствено формиат. Образуването на други продукти, като водород или въглероден оксид, не е възможно, тъй като те изискват пряко взаимодействие с металния център, което в този случай няма как да стане. По този начин лигандният механизъм предотвратява появата на конкурентни вещества.

Основното предимство на новия метод е неговата гъвкавост. Тъй като химичните реакции се осъществяват върху лигандите, е възможно да се промени самият метал в центъра на катализатора. Така че, първоначално учените използват рутений, но подходът им работи добре и с желязо. А желязото е много по-достъпно и по-евтино. Това означава, че стратегията е универсална и позволява използването на обичайни за природата метали в катализаторите.

Едно ново и изключително полезно откритие, което може да окаже влияние на редица промишлености, като в същото време да допринесе за на намаляването на въглеродния диоксид 3в атмосферата.