Målet att ta itu med den globala uppvärmningen genom att omvandla koldioxid till bränsle kan vara ett steg närmare med forskare som använder en superdator för att identifiera en grupp "enatoms"-katalysatorer som kan spela en nyckelroll.

Forskare från QUT:s centrum för materialvetenskap, leds av docent Liangzhi Kou, ingick i en internationell studie som använde teoretisk modellering för att identifiera sex metaller (nickel, niob, palladium, renium, rodium, zirkonium) som visade sig vara effektiva i en reaktion som kan omvandla koldioxid till hållbara och rena energikällor.

Studien publicerad i Naturkommunikation involverade QUT-forskare professor Aijun Du, Professor Yuantong Gu och Dr. Lin Ju.

Professor Kou sa att forskningen utfördes genom att modellera experimenten med hjälp av National Computational Infrastructure vid Australian National University, titta på hur enstaka atomer av metallerna skulle reagera med tvådimensionella bitar av "ferroelektriska" material.

Ferroelektriska material har en positiv laddning på ena sidan, och negativ laddning på en annan, och denna polarisation kan vändas när en spänning appliceras.

I den teoretiska modelleringen, forskarna fann att tillsats av katalysatormetallens atom till det ferroelektriska materialet resulterade i att växthusgasen omvandlades till ett önskat kemiskt bränsle.

När polariteten väl är omvänd, staten kommer att bevaras för att fungera som en katalysator vid omvandlingen av koldioxiden.

Professor Kou sa att medan enatomskatalysatorer som skulle användas för att minska koldioxid föreslogs för ett decennium sedan, denna forskning tar fältet framåt avsevärt.

"Vi har designat en speciell kemisk katalysator, det kan omvandla växthusgasen CO ₂ till de önskade kemiska bränslena. Konverteringseffektiviteten kan styras med ett genomförbart tillvägagångssätt, " sa professor Kou.

"Det betyder att vi för första gången utvecklade förmågan att snabba upp eller sakta ner, till och med stänga av den kemiska reaktionen.

"Koldioxid är huvudorsaken till den globala uppvärmningen på grund av växthuseffekten, att omvandla det till de kemiska bränslena är inte bara viktigt för vår miljö, men också till hjälp för att lösa energikrisen."

Dr Ju, första författare på studien, sade att forskningsarbetet gav en vägledning för utformningen av nya katalysatorer som skulle kunna ge betydande effekter för den kemiska industrin.

Professor Kou sa att det långsiktiga målet inom detta forskningsområde var att hitta sätt att omvandla koldioxid till rena energikällor.

Professor Kou sa att resultaten av denna studie så småningom kan leda till ett sätt att lägga till en beläggning på motorer eller industriella system som skulle omvandla koldioxid istället för att släppa ut mer av gasen i atmosfären.

QUT-forskarna kommer från School of Mechanical, Medicin och processteknik, och Skolan för kemi och fysik.