Các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Brookhaven của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đã phát triển một phương pháp đột phá mới để chuyển đổi carbon dioxide (CO2) thành formate (HCOO-), một hóa chất công nghiệp có giá trị. Quy trình sáng tạo này, bắt chước quá trình quang hợp, có thể mở đường cho việc sản xuất bền vững các hóa chất thiết yếu.
Nghiên cứu, được công bố trên Tạp chí của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ, sử dụng một chất xúc tác tập trung vào kim loại được kích hoạt bằng ánh sáng để tạo điều kiện cho quá trình chuyển đổi. Chất xúc tác này chuyển electron và proton một cách hiệu quả, rất quan trọng cho quá trình biến đổi hóa học. Sai Puneet Desai, tác giả chính của nghiên cứu, giải thích: “Chúng tôi đang lấy một thứ rẻ tiền và dồi dào như CO2 và thêm electron và proton để chuyển đổi nó thành một thứ hữu ích.”
Cách tiếp cận của nhóm mang lại lợi thế đáng kể so với các phương pháp trước đây. Họ đã thiết kế một chất xúc tác trong đó trung tâm kim loại được bảo vệ bởi các phối tử, ngăn chặn các phản ứng phụ không mong muốn và tăng cường tính chọn lọc. Cấu trúc “giống như hoa” này, trong đó kim loại là trung tâm và các phối tử là cánh hoa, cho phép kiểm soát chính xác sản phẩm cuối cùng.
Chiến lược dựa trên phối tử này đảm bảo rằng chỉ formate được tạo ra, loại bỏ sự cạnh tranh từ các sản phẩm phụ khác. Các nhà khoa học đã thử nghiệm thành công phương pháp này với các chất xúc tác tập trung vào ruthenium và đang khám phá việc sử dụng các kim loại dồi dào trên trái đất như sắt. Điều này mở ra cánh cửa cho việc sản xuất hóa chất bền vững và hiệu quả hơn về chi phí.
Các nhà khoa học dựa nhiều vào lý thuyết và hóa học tính toán để hiểu cơ chế phản ứng. Họ đã sử dụng các kỹ thuật tiên tiến để nghiên cứu quá trình trong thời gian thực, xác nhận sự tồn tại của một bước trung gian quan trọng. Nghiên cứu này mang đến một con đường đầy hứa hẹn để chuyển đổi CO2 thành các sản phẩm có giá trị, góp phần vào một tương lai bền vững hơn.