En uppfattning om en ny katalysator som omvandlar koldioxid och vatten till metanol - katalysatorn använder kolnanorör för att skapa en "motorväg" för elektroner. Kredit:Hailiang Wang lab
Att tillverka metanol har blivit mycket lättare, nu när kemister vid Yale har öppnat en ny elektronmotorväg.
Upptäckten, publicerad online 27 november i tidskriften Natur , hittar en ny lösning för två kemiska uppgifter:att producera metanol – ett flyktigt ämne, flytande bränsle som är uppskattat av industrin – och avlägsnar koldioxid från atmosfären. Hailiang Wang, en biträdande professor i kemi vid Yale och medlem av Energy Sciences Institute på Yales västra campus, ledde forskningen.
Metanol används i en mängd olika produkter, inklusive frostskyddsmedel, färgförtunningsmedel, och glasrengöringsmedel. Det används också för att producera biodiesel, plast, plywood, och permanentpresskläder.
Yale-forskare utvecklade en katalysator som omvandlar koldioxid och vatten till metanol med hjälp av elektricitet. Det är en typ av katalysator som kallas en heterogen molekylär elektrokatalysator - "heterogen" eftersom det är ett fast katalysatormaterial som arbetar i en flytande elektrolyt, och "molekylär" eftersom det aktiva stället för katalysatorn är en molekylstruktur.
Den distinkta strukturen hos den nya katalysatorn är nyckeln, sa Wang.
Han och hans team förankrade individuella molekyler av koboltftalocyanin (eller dess derivat) på ytan av kolnanorör, nanometerstora rör av upprullade grafenlager. Nanorören fungerar som en motorväg för elektroner, skapa en snabb och kontinuerlig leverans av elektroner till de katalytiska platserna för omvandling av koldioxid till metanol. Det är en sex-elektron reduktionsprocess, forskarna sa, vilket betyder att sex elektroner injiceras i en koldioxidmolekyl.
Yueshen Wu (vänster) och Xu Lu, medförfattare till den nya studien. Kredit:Hailiang Wang lab
Före denna upptäckt, en mer begränsad leverans av elektroner – en tvåelektronreduktionsprocess – innebar att molekylära katalysatorer endast kunde omvandla koldioxid till produkter som kolmonoxid.
"Heterogeniserade molekylära katalysatorer tillåter vår grupp att göra ny kemi och känd kemi på bättre sätt, och detta är ett exempel, " sa Wang.
Yueshen Wu, en doktorand vid Yale, är första författare till studien. Medförfattare är postdoktor Xu Lu från Yale och docent Yongye Liang och doktorand Zhan Jiang från Southern University of Science and Technology i Kina.
