Wetenschappers van het Brookhaven National Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy hebben een baanbrekende nieuwe methode ontwikkeld om koolstofdioxide (CO2) om te zetten in formiaat (HCOO-), een waardevolle industriële chemische stof. Dit innovatieve proces, dat fotosynthese nabootst, zou de weg kunnen vrijmaken voor de duurzame productie van essentiële chemicaliën.
Het onderzoek, gepubliceerd in de Journal of the American Chemical Society, maakt gebruik van een lichtgeactiveerde metaalgecentreerde katalysator om de omzetting te vergemakkelijken. Deze katalysator draagt efficiënt elektronen en protonen over, cruciaal voor de chemische transformatie. "We nemen iets goedkoops en overvloedigs zoals CO2 en voegen elektronen en protonen toe om het om te zetten in iets nuttigs", legt Sai Puneet Desai, de hoofdauteur van de studie, uit.
De aanpak van het team biedt een aanzienlijk voordeel ten opzichte van eerdere methoden. Ze hebben een katalysator ontworpen waarbij het metaalcentrum wordt beschermd door liganden, waardoor ongewenste nevenreacties worden voorkomen en de selectiviteit wordt verbeterd. Deze "bloemachtige" structuur, waarbij het metaal het centrum is en de liganden de bloemblaadjes, maakt een precieze controle over het eindproduct mogelijk.
Deze op liganden gebaseerde strategie zorgt ervoor dat alleen formiaat wordt geproduceerd, waardoor de concurrentie van andere bijproducten wordt geëlimineerd. De wetenschappers hebben de methode succesvol getest met ruthenium-gecentreerde katalysatoren en onderzoeken het gebruik van aard-overvloedige metalen zoals ijzer. Dit opent de deur naar een duurzamere en kosteneffectievere chemische productie.
De wetenschappers vertrouwden sterk op theorie en computationele chemie om het reactiemechanisme te begrijpen. Ze gebruikten geavanceerde technieken om het proces in real-time te bestuderen, wat het bestaan van een cruciale tussenstap bevestigde. Dit onderzoek biedt een veelbelovende weg naar het omzetten van CO2 in waardevolle producten, wat bijdraagt aan een duurzamere toekomst.