تولید متانول از دی‌اکسیدکربن با کمک نانولوله‌های کربنی

به گزارش گروه علم و آموزش ایرنا از تارنمای نانو ورک، الکتروکاتالیست‌ها نقش مهمی در توسعه انرژی پاک، حذف گازهای گلخانه‌ای و فناوری‌های ذخیره انرژی دارند.

دستاورد جدید محققان مسیر را برای توسعه الکتروکاتالیست‌های مولکولی خمیده باز می‌کند تا از آنها برای تبدیل کارآمد دی‌اکسید کربن به مواد شیمیایی و سوخت‌های مفید استفاده کرد و در نهایت میزان انتشار این گاز را به حداقل رساند. نتایج این پروژه در قالب مقاله‌ای در نشریه Nature Catalysis چاپ شده است.

بسیاری از کمپلکس‌های مولکولی، مانند کبالت فتالوسیانین (COPC)، کاتالیزورهای کارآمد برای واکنش احیا CO۲ (CO۲RR) هستند. با این حال آنها در درجه اول دی‌اکسید کربن را به مونوکسید کربن (CO) تبدیل می‌کنند، بدون اینکه میزان قابل توجهی از محصولات مفید مانند متانول را تولید کنند. پروفسور یو روکان، از گروه شیمی دانشگاه سیتی هنگ کنگ، که سرپرستی این تحقیق را بر عهده داشت، گفت: ما می‌خواهیم ظرفیت کبالت فتالوسیانین را برای این فرآیند کشف کنیم.

در این میان، نوعی کرنش شناخته شده است که بر خواص مواد دو بعدی در مقیاس نانومتری، تأثیر می‌گذارد. پروفسور یو توضیح داد: استفاده از بسترهای خمیده پیش از این نتایج قابل توجهی به دنبال داشته است. اما کنترل منطقی مولکول‌های مسطح به دلیل اندازه بسیار کوچک آن‌ها چالش برانگیز است و چگونگی تاثیر کرنش بر خصوصیات مولکولی هنوز چندان شناخته نشده است.

این گروه روی بررسی واکنش‌پذیری کاتالیزورهای کبالت فتالوسیانین در مقیاس نانومتر با اتخاذ مهندسی فشار ناشی از پشتیبان کار کردند. آن‌ها با استفاده از نانولوله‌های کربنی تک دیواره به عنوان پشتیبانی، فشار کنترل شده‌ای را به مولکول های زیر ۲ نانومتر از کاتالیزور اعمال کردند.

انحنای نانولوله‌ها به دلیل فعل و انفعالات مولکولی باعث فشار بر روی مولکول‌های کاتالیزوری می‌شود و در نتیجه خم می‌شود. با استفاده از بسترهای نانولوله‌های کربنی با قطرهای مختلف این گروه توانستند که زاویه خمش مولکول‌های کبالت فتالوسیانین را از ۹۶ درجه (برای نانولوله های کربن به قطر ۱ نانومتر) تا ۱٫۵ درجه (برای نانولوله های کربن به قطر ۱۰۰ نانومتر) تنظیم کنند.

در مقایسه با مولکول‌های مسطح، مولکول‌های خمیده عملکرد الکتروکاتالیستی بهبود یافته‌ای را به نمایش گذاشتند. آنها انتخاب‌گری بالاتری برای احیای دی‌اکسیدکربن از خود به نمایش گذاشتند به طوری که متانول بسیار بیشتر از منوکسیدکربن تولید شد.