Omvandla koldioxid till metanol, ett potentiellt förnybart alternativt bränsle, erbjuder en möjlighet att samtidigt bilda ett alternativt bränsle och minska koldioxidutsläppen.

Inspirerad av naturligt förekommande processer, ett team av Boston College-kemister använde ett multikatalysatorsystem för att omvandla koldioxid till metanol vid de lägsta temperaturer som rapporterats med hög aktivitet och selektivitet, forskarna rapporterade i en ny onlineutgåva av tidskriften Chem .

Lagets upptäckt möjliggjordes genom att installera flera katalysatorer i ett enda system konstruerat i ett svampliknande poröst kristallint material som kallas ett metallorganiskt ramverk, sa Boston College Associate Professors of Chemistry Jeffery Byers och Frank Tsung, ledande författare till rapporten.

Hålls på plats av svampen, de separata katalysatorerna fungerar i harmoni. Utan isolering av den katalytiskt aktiva arten på detta sätt, reaktionen fortsatte inte och ingen produkt erhölls, rapporterade de.

Teamet drog sin inspiration från det biologiska maskineriet i celler, som använder kemiska reaktioner med flera komponenter med stor effektivitet, Sa Tsung.

Teamet använde katalysatorseparation genom värd-gästkemi-där en "gäst" -molekyl är inkapslad i ett "värd" -material för att bilda en ny kemisk förening-för att omvandla koldioxid till metanol. Tillvägagångssättet, inspirerad av de multikomponentkatalytiska transformationerna i naturen, konverterade en växthusgas till ett förnybart bränsle samtidigt som man undvek hög katalytisk efterfrågan på en enda art.

"Vi uppnådde detta genom att inkapsla en eller flera katalysatorer i metallorganiskt ramverk och applicera den resulterande värd-gästkonstruktionen i katalys tillsammans med ett annat övergångsmetallkomplex, "sa Tsung.

Laget, som inkluderade doktoranden Thomas M. Rayder och grundutbildningen Enric H. Adillon, bestämde sig för om de skulle kunna utveckla ett tillvägagångssätt för att integrera inkompatibla katalysatorer för att omvandla koldioxid till metanol vid låg temperatur och med hög selektivitet, sa Byers.

Specifikt, de ville ta reda på om det finns specifika fördelar med detta tillvägagångssätt jämfört med nuvarande toppmoderna system för övergångsmetallkomplexbaserad omvandling av koldioxid till metanol.

"Att placera flera övergångsmetallkomplexkatalysatorer på rätt plats i ett system är avgörande för att reaktionen ska vända, "sa Byers." Samtidigt, inkapsling av dessa katalysatorer möjliggjorde återvinningsbarhet i katalytiska system med flera komponenter. "

Dessa egenskaper gör multikomponentkatalysatorkonstruktionen mer industriellt relevant, som kan bana väg för en koldioxidneutral bränsleekonomi, sa forskarna.

Förutom att uppnå platsisolering genom inkapsling av katalysatorerna, vilket ledde till katalysatoraktivitet och återvinningsbarhet, laget upptäckte en autokatalytisk egenskap hos katalysatorn som möjliggjorde att reaktionen kunde köras utan behov av stora mängder tillsatser. De flesta tidigare rapporter om liknande reaktioner använder stora mängder tillsatser, men lagets tillvägagångssätt undviker denna nödvändighet och det är den första som använder koldioxid i en energirelaterad reaktion, Sa Tsung.

Teamet planerar att forska mer om både inkapslingsmetodens och de metallorganiska ramarnas modularitet för att få en djupare förståelse för multikomponentsystemet och optimera det ytterligare, samt få tillgång till nya, outforskad reaktivitet genom bildandet av nya värd-gästkonstruktioner, Sa Tsung.