Ett team av forskare, inklusive forskare från Department of Energys (DOE) Brookhaven National Laboratory och Yale University, upptäckte hur en vattenmolekyl hjälper en koboltbaserad molekyl att omvandla koldioxid till kolmonoxid, en mångsidig byggsten för olika produkter som t.ex. plaster och bränslen. Studien tyder på att finjustering av miljön runt en katalysator kan göra de katalytiska reaktionerna mer effektiva och miljövänliga.
Koldioxid är en växthusgas som bidrar till klimatförändringarna. Att omvandla CO2 till användbara produkter kan minska dess miljöpåverkan samtidigt som det producerar värdefulla resurser. Att utveckla effektiva katalysatorer för att driva denna omvandlingsreaktion är dock fortfarande en betydande utmaning.
Forskargruppen fokuserade på en koboltbaserad molekyl känd som ett koboltporfyrinkomplex. De använde en kombination av röntgen- och neutronspektroskopitekniker vid National Synchrotron Light Source II (NSLS-II) och Center for Functional Nanomaterials (CFN), båda DOE Office of Science User Facilities belägna vid Brookhaven Lab, såväl som teoretiska beräkningar , för att undersöka hur närvaron av en vattenmolekyl påverkar den katalytiska aktiviteten hos koboltporfyrinkomplexet.
Deras resultat avslöjade att vattenmolekylen avsevärt förbättrar molekylens katalytiska kraft genom att underlätta bildandet och stabiliseringen av en avgörande intermediär i reaktionsvägen. Denna mellanprodukt, som innehåller både koldioxid och en proton från vattenmolekylen, är väsentlig för att omvandla koldioxid till kolmonoxid.
Forskningen ger värdefulla insikter om hur den lokala miljön runt en katalysator kan påverka dess katalytiska aktivitet. Genom att noggrant utforma katalysatorns miljö är det möjligt att förbättra den katalytiska effektiviteten och selektiviteten för att omvandla koldioxid till önskade produkter, vilket potentiellt leder till grönare och mer hållbara kemiska processer i framtiden.
Studien, med titeln "Water-Assisted Electrochemical CO2 Reduction to CO Mediated by a Cobalt Porphyrin Complex", publicerades i tidskriften Angewandte Chemie International Edition.
