Эффективное преобразование диоксида углерода в метанол

Исследователи из Бостонского колледжа использовали три различных катализатора в одной системе, чтобы в три этапа преобразовать диоксид углерода парникового газа в метанол, жидкое топливо, которое служит перспективным способом хранения водорода. Первый катализатор превращает диоксид углерода и водород в муравьиную кислоту, которая затем модифицируется вторым катализатором с образованием сложного эфира, включающего спиртовую добавку и производящего воду. Третий катализатор в системе, который обычно несовместим с первым катализатором, затем превращает этот сложный эфир в метанол. Команда смогла выполнить эту многоэтапную реакцию в одном реакционном сосуде, несмотря на использование двух несовместимых катализаторов, заключив один из них в пористую структуру, которая также действует как второй катализатор.

Инкапсулирование нескольких молекулярных катализаторов в нанопористых металлоорганических структурах является основой для эффективного превращения.

Преобразование диоксида углерода в метанол, потенциально возобновляемое альтернативное топливо, дает возможность одновременно образовывать альтернативное топливо и сокращать выбросы диоксида углерода.

Вдохновленные естественными процессами, команда химиков из Бостонского колледжа использовала мультикаталитическую систему для преобразования углекислого газа в метанол при самых низких температурах, сообщают исследователи в онлайн-издании журнала Chem.

«Открытие команды стало возможным благодаря установке нескольких катализаторов в единую систему, построенную из пористого кристаллического материала в форме губки, известного как металлорганическая структура», — говорят ведущие авторы доклада доцент химического факультета Бостонского колледжа Джеффри Байерс и Фрэнк Цунг.

Отдельные катализаторы, удерживаемые губкой, работают в гармонии. Без выделения каталитически активных частиц таким способом реакция не протекала и продукт не был получен.

По словам Цунга, команда черпала вдохновение из биологических механизмов в клетках, которые с высокой эффективностью используют многокомпонентные химические реакции.

Команда использовала разделение катализатора посредством химии «хозяин-гость» — когда молекула «гостя» инкапсулируется в материале «хозяина» для образования нового химического соединения — для преобразования диоксида углерода в метанол. Подход, основанный на многокомпонентных каталитических превращениях в природе, превратил парниковый газ в возобновляемое топливо, избегая при этом высокой каталитической потребности в отдельных видах.

«Мы достигли этого, заключив в капсулу один или несколько катализаторов в металлоорганическом каркасе и применив полученную конструкцию хозяин-гость в катализе в тандеме с другим комплексом переходного металла», — сказал Цунг.

Команда, в которую вошли аспирант Томас М. Рейдер и студент Энрик Х. Адиллон, решила определить, могут ли они разработать подход к интеграции несовместимых катализаторов для преобразования диоксида углерода в метанол при низкой температуре и высокой селективности.

В частности, они хотели выяснить, есть ли конкретные преимущества для этого подхода по сравнению с существующими современными системами для конверсии диоксида углерода в метанол на основе комплекса переходного металла.

Источник

Метки: метанол