Onderzoekers van VCU hebben een effectieve katalysator ontdekt voor de thermochemische omzetting van koolstofdioxide in mierenzuur. Deze ontdekking zou een nieuwe, schaalbare strategie voor koolstofafvang kunnen opleveren, die relevant is voor de wereldwijde klimaatverandering. Het is een potentieel belangrijke factor voor de verwijdering van koolstofdioxide uit de atmosfeer.
"Het is algemeen bekend dat de snelle toename van broeikasgassen in de atmosfeer en hun schadelijke gevolgen voor het milieu een van de grootste uitdagingen is waar de mensheid vandaag de dag voor staat", aldus hoofdauteur dr. Shiv N. Khanna, emeritus hoogleraar natuurkunde aan de Faculteit Geesteswetenschappen van VCU. "De katalytische omzetting van CO2 in nuttige chemicaliën zoals mierenzuur (HCOOH) is een kosteneffectieve alternatieve strategie om de nadelige effecten van CO2 te verminderen. Mierenzuur is een vloeistof met een lage toxiciteit die gemakkelijk te transporteren en op te slaan is bij kamertemperatuur. Het kan ook worden gebruikt als een waardevolle chemische precursor, waterstofopslagdrager en mogelijk een toekomstige vervanger van fossiele brandstoffen."
Hanna en VCU-onderzoeksfysicus Dr. Turbasu Sengupta ontdekten dat gebonden clusters van metaalchalcogeniden kunnen fungeren als katalysatoren voor de thermochemische omzetting van CO2 naar mierenzuur. Hun resultaten worden beschreven in een artikel getiteld "Conversion of CO2 to Formic Acid by Tuning Quantum States in Metal Chalcogenide Clusters", gepubliceerd in Communications Chemistry van Nature Portfolio.
"We hebben aangetoond dat met de juiste combinatie van liganden de reactiebarrière voor de omzetting van CO2 naar mierenzuur aanzienlijk kan worden verlaagd, waardoor de productie van mierenzuur sterk wordt versneld", aldus Hanna. "We zouden dus kunnen stellen dat deze katalysatoren de synthese van mierenzuur gemakkelijker of haalbaarder kunnen maken. Het gebruik van grotere clusters met meer ligandbindingsplaatsen of door het aanhechten van efficiëntere donorliganden sluit aan bij onze verwachting dat verdere verbeteringen in de mierenzuurconversie kunnen worden bereikt ten opzichte van wat in de computersimulaties is aangetoond."
De studie bouwt voort op eerder werk van Hanna, waaruit bleek dat de juiste keuze van ligand een cluster kan veranderen in een superdonor die elektronen doneert of een acceptor die elektronen opneemt.
"Nu laten we zien dat hetzelfde effect een groot potentieel heeft in katalyse op basis van metaalchalcogenideclusters," zegt Hanna. "De mogelijkheid om stabiele, gebonden clusters te synthetiseren en hun vermogen om elektronen af ​​te staan ​​of op te nemen te beheersen, opent een nieuw onderzoeksgebied binnen de katalyse, aangezien de meeste katalytische reacties afhankelijk zijn van katalysatoren die elektronen afstaan ​​of opnemen."
Een van de eerste experimentele wetenschappers op dit gebied, dr. Xavier Roy, universitair hoofddocent scheikunde aan de Columbia University, zal op 7 april VCU bezoeken voor het voorjaarssymposium van de afdeling natuurkunde.
"We gaan met hem samenwerken om te kijken hoe we een vergelijkbare katalysator kunnen ontwikkelen en implementeren met behulp van zijn experimenteel laboratorium," zei Hanna. "We hebben al nauw samengewerkt met zijn groep, waar ze een nieuw type magnetisch materiaal hebben gesynthetiseerd. Deze keer zal hij de katalysator zijn."
Abonneer u op de VCU-nieuwsbrief via newsletter.vcu.edu en ontvang zorgvuldig geselecteerde artikelen, video's, foto's, nieuwsberichten en evenementenoverzichten in uw inbox.
CoStar Group kondigt een investering van $18 miljoen aan voor VCU voor de bouw van het CoStar Arts and Innovation Center.