Dit artikel is beoordeeld volgens de redactionele procedures en richtlijnen van Science X. De redactie heeft de volgende aspecten benadrukt en tegelijkertijd de integriteit van de inhoud gewaarborgd:
Klimaatverandering is een wereldwijd milieuprobleem. De belangrijkste oorzaak van klimaatverandering is de overmatige verbranding van fossiele brandstoffen. Deze brandstoffen produceren kooldioxide (CO2), een broeikasgas dat bijdraagt ​​aan de opwarming van de aarde. Daarom ontwikkelen overheden wereldwijd beleid om deze koolstofuitstoot te beperken. Echter, het simpelweg verminderen van de koolstofuitstoot is mogelijk niet voldoende. Ook de uitstoot van kooldioxide moet worden beheerst.
In dit verband stellen wetenschappers voor om koolstofdioxide chemisch om te zetten in waardevolle verbindingen zoals methanol en mierenzuur (HCOOH). Om dit laatste te produceren is een bron van hydride-ionen (H-) nodig, die equivalent zijn aan één proton en twee elektronen. Het reductie-oxidatiepaar nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+/NADH) is bijvoorbeeld een generator en reservoir van hydride (H-) in biologische systemen.
Tegen deze achtergrond ontwikkelde een team van onderzoekers onder leiding van professor Hitoshi Tamiaki van de Ritsumeikan Universiteit in Japan een nieuwe chemische methode waarbij rutheniumachtige NAD+/NADH-complexen worden gebruikt om CO2 te reduceren tot HCOOH. De resultaten van hun onderzoek werden op 13 januari 2023 gepubliceerd in het tijdschrift ChemSusChem.
Professor Tamiaki legt de motivatie voor zijn onderzoek uit. "Recent is aangetoond dat het rutheniumcomplex met het NAD+-model, [Ru(bpy)2(pbn)](PF6)2, een fotochemische twee-elektronenreductie ondergaat. Dit leidde tot de vorming van het overeenkomstige NADH-type complex [Ru(bpy)2(pbnHH)](PF6)2 in aanwezigheid van triethanolamine in acetonitril (CH3CN) onder zichtbaar licht," aldus Tamiaki.
"Bovendien zorgt het doorblazen van CO2 in een [Ru(bpy)2(pbnHH)]2+-oplossing voor de regeneratie van [Ru(bpy)2(pbn)]2+ en de productie van formiaat-ionen (HCOO-). De productiesnelheid hiervan is echter vrij laag. Kortom, voor de omzetting van H- naar CO2 is een verbeterd katalytisch systeem nodig."
Daarom hebben onderzoekers verschillende reagentia en reactieomstandigheden onderzocht die de uitstoot van koolstofdioxide helpen verminderen. Op basis van deze experimenten stelden ze een lichtgeïnduceerde twee-elektronenreductie voor van het redoxpaar [Ru(bpy)2(pbn)]2+/[Ru(bpy)2(pbnHH)]2+ in aanwezigheid van 1,3-dimethyl-2-fenyl-2,3-dihydro-1H-benzo[d]imidazole (BIH). Bovendien verbeterde het gebruik van water (H2O) in CH3CN in plaats van triethanolamine de opbrengst verder.

Daarnaast onderzochten de onderzoekers ook mogelijke reactiemechanismen met behulp van technieken zoals kernmagnetische resonantie, cyclische voltammetrie en UV-zichtbare spectrofotometrie. Op basis hiervan formuleerden ze de volgende hypothese: Ten eerste wordt bij foto-excitatie van [Ru(bpy)2(pbn)]2+ het vrije radicaal [RuIII(bpy)2(pbn•-)]2+* gevormd, dat de volgende reductie ondergaat: BIH → [RuII(bpy)2(pbn•-)]2+ en BIH•+. Vervolgens protoneert H2O het rutheniumcomplex tot [Ru(bpy)2(pbnH•)]2+ en BI•. Het resulterende product wordt gedisproportioneerd tot [Ru(bpy)2(pbnHH)]2+ en keert terug naar [Ru(bpy)2(pbn)]2+. Dit laatste wordt vervolgens gereduceerd door BI• tot [Ru(bpy)(bpy•−)(pbnHH)]+. Dit complex is een actieve katalysator die H- omzet in CO2, waarbij HCOO- en mierenzuur ontstaan.
De onderzoekers toonden aan dat de voorgestelde reactie een hoog omzettingsgetal heeft (het aantal mol koolstofdioxide dat door één mol katalysator wordt omgezet) – 63.
De onderzoekers zijn enthousiast over deze ontdekkingen en hopen een nieuwe methode te ontwikkelen om energie (zonlicht in chemische energie) om te zetten in nieuwe, hernieuwbare materialen.
"Onze methode zal ook de totale hoeveelheid koolstofdioxide op aarde verminderen en helpen de koolstofcyclus in stand te houden. Daardoor kan het de toekomstige opwarming van de aarde tegengaan", voegde professor Tamiaki eraan toe. "Bovendien zullen nieuwe technologieën voor het transport van organische hydriden ons waardevolle verbindingen opleveren."
Nadere informatie: Yusuke Kinoshita et al., Lichtgeïnduceerde organische hydride-overdracht naar CO2** gemedieerd door rutheniumcomplexen als modellen voor NAD+/NADH-redoxkoppels, ChemSusChem (2023). DOI: 10.1002/cssc.202300032

Als u een typefout of onjuistheid tegenkomt, of als u een verzoek wilt indienen om de inhoud van deze pagina te bewerken, gebruik dan dit formulier. Voor algemene vragen kunt u ons contactformulier gebruiken. Voor algemene feedback kunt u het gedeelte voor openbare reacties hieronder gebruiken (volg de instructies).
Uw feedback is erg belangrijk voor ons. Vanwege het grote aantal berichten kunnen we echter geen persoonlijk antwoord garanderen.
Uw e-mailadres wordt alleen gebruikt om de ontvanger te laten weten wie de e-mail heeft verzonden. Noch uw adres, noch het adres van de ontvanger wordt voor andere doeleinden gebruikt. De informatie die u invoert, verschijnt in uw e-mail en wordt door Phys.org op geen enkele manier opgeslagen.
Ontvang wekelijkse en/of dagelijkse updates in je inbox. Je kunt je op elk moment afmelden en we zullen je gegevens nooit met derden delen.
Wij maken onze content toegankelijk voor iedereen. Overweeg om de missie van Science X te steunen met een premium account.

Als u meer informatie wilt, kunt u mij een e-mail sturen.
E-mail:
info@pulisichem.cn
Tel:
+86-533-3149598