Representation av processen där formatsalter fungerar som aktiva och selektiva katalysatorer för hydrosilylering av CO2. Kredit:ACS Sustainable Chem. Eng.
Forskare i Japan har presenterat en organisk katalysator för koldioxid (CO 2 ) minskning som är billig, lättillgänglig och återvinningsbar. Eftersom nivån av katalytisk aktivitet kan justeras med lösningsmedelsförhållandena, deras fynd kan öppna upp många nya riktningar för omvandling av CO 2 till industriellt användbara organiska föreningar.
Hållbarhet är ett viktigt mål i utvecklingen av nästa generations katalysatorer för CO 2 minskning. Ett lovande tillvägagångssätt är en reaktion som kallas hydrosilylering av CO 2 . Dock, de flesta katalysatorer som hittills utvecklats för detta ändamål har nackdelen att de innehåller metaller som är dyra, inte allmänt tillgängligt och potentiellt skadligt för miljön.
Nu, forskare vid Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) och forskningscentret för förnybar energi vid Japans National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) har visat möjligheten att använda en helt återvinningsbar, metallfri katalysator.
Genom att jämföra hur väl olika organiska katalysatorer skulle kunna åstadkomma hydrosilylering av CO 2 , laget identifierade en som överträffade alla andra när det gäller selektivitet och avkastning. Denna katalysator, kallas tetrabutylammonium (TBA) formiat, uppnådde 99 procent selektivitet och producerade den önskade formiatprodukten med 98 procent utbyte. Reaktionen skedde snabbt (inom 24 timmar) och under milda förhållanden, vid en temperatur av 60 ° C.
Anmärkningsvärt, katalysatorn har ett omsättningstal på upp till 1800, vilket är mer än en storleksordning högre än tidigare resultat.
År 2015, teamledare Ken Motokura från Tokyo Techs avdelning för kemisk vetenskap och teknik och hans kollegor fann att formatsalter visar lovande katalytisk aktivitet. Det var denna ledtråd som utgjorde grunden för den aktuella studien. Motokura förklarar:"Även om vi förväntade oss att formatsalter skulle uppvisa god katalytisk aktivitet, TBA -format visade mycket högre selektivitet, stabilitet och aktivitet som gick över våra förväntningar. "
I den aktuella studien, forskarna fann att katalysatorn kan göras återanvändbar genom att använda toluen som lösningsmedel. De visade att Lewis basiska lösningsmedel som N-metylpyrrolidon (NMP) och dimetylsulfoxid (DMSO) kan påskynda reaktionen, vilket betyder att det katalytiska systemet är avstämbart.
Övergripande resultaten - publicerade i tidningen online ACS Sustainable Chemistry &Engineering - erbjuda en ny, miljövänlig väg för att minska CO 2 samtidigt som man ger industriellt viktiga formiatprodukter.
Silylformiat kan lätt omvandlas till myrsyra, som kan fungera som en viktig vätebärare, till exempel, i bränsleceller. Silylformiatets höga reaktivitet möjliggör dess omvandling till mellanprodukter för framställning av organiska föreningar såsom karboxylsyror, amider och alkoholer.
"Denna effektiva transformationsteknik för CO 2 till silylformiat kommer att utöka möjligheterna för CO 2 användning som kemiskt råmaterial, "Säger Motokura.
