Αυτό το άρθρο έχει ελεγχθεί σύμφωνα με τις συντακτικές διαδικασίες και πολιτικές του Science X. Οι συντάκτες έχουν τονίσει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά, διασφαλίζοντας παράλληλα την ακεραιότητα του περιεχομένου:
Η κλιματική αλλαγή είναι ένα παγκόσμιο περιβαλλοντικό πρόβλημα. Η κύρια αιτία της κλιματικής αλλαγής είναι η υπερβολική καύση ορυκτών καυσίμων. Παράγουν διοξείδιο του άνθρακα (CO2), ένα αέριο του θερμοκηπίου που συμβάλλει στην υπερθέρμανση του πλανήτη. Υπό το πρίσμα αυτό, οι κυβερνήσεις σε όλο τον κόσμο αναπτύσσουν πολιτικές για τον περιορισμό αυτών των εκπομπών άνθρακα. Ωστόσο, η απλή μείωση των εκπομπών άνθρακα μπορεί να μην είναι αρκετή. Οι εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα πρέπει επίσης να ελέγχονται. googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
Στο πλαίσιο αυτό, οι επιστήμονες προτείνουν τη χημική μετατροπή του διοξειδίου του άνθρακα σε ενώσεις προστιθέμενης αξίας όπως η μεθανόλη και το μυρμηκικό οξύ (HCOOH). Για την παραγωγή του τελευταίου, απαιτείται μια πηγή ιόντων υδριδίου (H-), τα οποία ισοδυναμούν με ένα πρωτόνιο και δύο ηλεκτρόνια. Για παράδειγμα, το ζεύγος αναγωγής-οξείδωσης του νικοτιναμιδικού αδενινικού δινουκλεοτιδίου (NAD+/NADH) αποτελεί γεννήτρια και δεξαμενή υδριδίου (H-) σε βιολογικά συστήματα.
Σε αυτό το πλαίσιο, μια ομάδα ερευνητών με επικεφαλής τον καθηγητή Hitoshi Tamiaki από το Πανεπιστήμιο Ritsumeikan της Ιαπωνίας, ανέπτυξε μια νέα χημική μέθοδο χρησιμοποιώντας σύμπλοκα NAD+/NADH τύπου ρουθηνίου για την αναγωγή του CO2 σε HCOOH. Τα αποτελέσματα της μελέτης τους δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό ChemSusChem στις 13 Ιανουαρίου 2023.
Ο καθηγητής Tamiaki εξηγεί το κίνητρο για την έρευνά του. «Πρόσφατα αποδείχθηκε ότι το σύμπλοκο ρουθηνίου με το μοντέλο NAD+, [Ru(bpy)2(pbn)](PF6)2, υφίσταται φωτοχημική αναγωγή δύο ηλεκτρονίων. Αυτό οδήγησε στο αντίστοιχο σύμπλοκο τύπου NADH [Ru(bpy))2(pbnHH)](PF6)2 παρουσία τριαιθανολαμίνης σε ακετονιτρίλιο (CH3CN) υπό ορατό φως», είπε.
«Επιπλέον, η διοχέτευση CO2 σε ένα διάλυμα [Ru(bpy)2(pbnHH)]2+ αναγεννά το [Ru(bpy)2(pbn)]2+ και παράγει μυρμηκικά ιόντα (HCOO-). Ωστόσο, η ταχύτητα παραγωγής του είναι αρκετά χαμηλή. Σύντομη. Επομένως, η μετατροπή του H- σε CO2 απαιτεί ένα βελτιωμένο καταλυτικό σύστημα.»
Ως εκ τούτου, οι ερευνητές έχουν διερευνήσει διάφορα αντιδραστήρια και συνθήκες αντίδρασης που βοηθούν στη μείωση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα. Με βάση αυτά τα πειράματα, πρότειναν την επαγόμενη από το φως αναγωγή δύο ηλεκτρονίων του ζεύγους οξειδοαναγωγής [Ru(bpy)2(pbn)]2+/[Ru(bpy)2(pbnHH)]2+ παρουσία 1,3-. Διμεθυλο-2-φαινυλο-2,3-διυδρο-1H-βενζο[d]ιμιδαζόλης (BIH). Επιπλέον, η προσθήκη νερού (H2O) σε CH3CN αντί για τριαιθανολαμίνη βελτίωσε περαιτέρω την απόδοση.

Επιπλέον, οι ερευνητές διερεύνησαν επίσης πιθανούς μηχανισμούς αντίδρασης χρησιμοποιώντας τεχνικές όπως ο πυρηνικός μαγνητικός συντονισμός, η κυκλική βολταμετρία και η φασματοφωτομετρία UV-ορατού. Με βάση αυτό, διατύπωσαν την εξής υπόθεση: Πρώτον, κατά τη φωτοδιέγερση του [Ru(bpy)2(pbn)]2+, σχηματίζεται η ελεύθερη ρίζα [RuIII(bpy)2(pbn•-)]2+*, η οποία υφίσταται την ακόλουθη αναγωγή: BIH Get [RuII(bpy)2(pbn•-)]2+ και BIH•+. Στη συνέχεια, το H2O πρωτονιώνει το σύμπλοκο ρουθηνίου για να σχηματίσει [Ru(bpy)2(pbnH•)]2+ και BI•. Το προκύπτον προϊόν δυσαναλογοποιείται για να σχηματίσει [Ru(bpy)2(pbnHH)]2+ και επιστρέφει στο [Ru(bpy)2(pbn)]2+. Το πρώτο στη συνέχεια ανάγεται από BI• για να δημιουργήσει [Ru(bpy)(bpy•−)(pbnHH)]+. Αυτό το σύμπλοκο είναι ένας ενεργός καταλύτης που μετατρέπει το H- σε CO2, παράγοντας HCOO- και μυρμηκικό οξύ.
Οι ερευνητές έδειξαν ότι η προτεινόμενη αντίδραση έχει υψηλό αριθμό μετατροπής (ο αριθμός των γραμμομορίων διοξειδίου του άνθρακα που μετατρέπονται από ένα γραμμομόριο καταλύτη) – 63.
Οι ερευνητές είναι ενθουσιασμένοι με αυτές τις ανακαλύψεις και ελπίζουν να αναπτύξουν μια νέα μέθοδο μετατροπής της ενέργειας (ηλιακού φωτός σε χημική ενέργεια) για την παραγωγή νέων ανανεώσιμων υλικών.
«Η μέθοδός μας θα μειώσει επίσης τη συνολική ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα στη Γη και θα βοηθήσει στη διατήρηση του κύκλου του άνθρακα. Επομένως, μπορεί να μειώσει τη μελλοντική υπερθέρμανση του πλανήτη», πρόσθεσε ο καθηγητής Tamiaki. «Επιπλέον, οι νέες τεχνολογίες μεταφοράς οργανικών υδριδίων θα μας προσφέρουν ανεκτίμητες ενώσεις».
Περισσότερες πληροφορίες: Yusuke Kinoshita et al., Μεταφορά οργανικών υδριδίων που προκαλείται από φως σε CO2** με τη μεσολάβηση συμπλόκων ρουθηνίου ως μοντέλα για ζεύγη οξειδοαναγωγής NAD+/NADH, ChemSusChem (2023). DOI: 10.1002/cssc.202300032

Εάν αντιμετωπίσετε κάποιο τυπογραφικό λάθος, ανακρίβεια ή θέλετε να υποβάλετε αίτημα για επεξεργασία περιεχομένου σε αυτήν τη σελίδα, χρησιμοποιήστε αυτήν τη φόρμα. Για γενικές ερωτήσεις, χρησιμοποιήστε τη φόρμα επικοινωνίας μας. Για γενικά σχόλια, χρησιμοποιήστε την παρακάτω ενότητα δημόσιων σχολίων (ακολουθήστε τις οδηγίες).
Τα σχόλιά σας είναι πολύ σημαντικά για εμάς. Ωστόσο, λόγω του μεγάλου όγκου μηνυμάτων, δεν μπορούμε να εγγυηθούμε μια εξατομικευμένη απάντηση.
Η διεύθυνση email σας χρησιμοποιείται μόνο για να ενημερώνει τους παραλήπτες ποιος έστειλε το email. Ούτε η διεύθυνσή σας ούτε η διεύθυνση του παραλήπτη θα χρησιμοποιηθούν για κανέναν άλλο σκοπό. Οι πληροφορίες που εισάγετε θα εμφανίζονται στο email σας και δεν θα αποθηκεύονται από το Phys.org σε καμία μορφή.
Λάβετε εβδομαδιαίες ή/και καθημερινές ενημερώσεις στα εισερχόμενά σας. Μπορείτε να διαγραφείτε ανά πάσα στιγμή και δεν θα κοινοποιήσουμε ποτέ τα στοιχεία σας σε τρίτους.
Κάνουμε το περιεχόμενό μας προσβάσιμο σε όλους. Σκεφτείτε το ενδεχόμενο να υποστηρίξετε την αποστολή του Science X με έναν premium λογαριασμό.

Αν θέλετε περισσότερες πληροφορίες, παρακαλώ στείλτε μου ένα email.
E-mail:
info@pulisichem.cn
Τηλ.:
+86-533-3149598