Bildkälla: MaxPixel. (CC0)

Kemister har konstruerat en molekyl som använder ljus eller elektricitet för att omvandla koldioxid till kolmonoxid, en koldioxidneutral bränslekälla, mer effektivt än någon annan metod för "koldioxidminskning".

"Om du kan skapa en tillräckligt effektiv molekyl för denna reaktion, kommer den att producera energi som är ledig och lagrad i form av bränslen, säger studieledare Liang-shi Li, docent i kemiavdelningen vid Indiana University Bloomington. "Denna studie är ett stort steg i den riktningen."

Brinnande bränsle - som kolmonoxid - ger koldioxid och släpper ut energi. Att sätta koldioxid tillbaka i bränsle kräver åtminstone samma mängd energi. Ett viktigt mål bland forskare har minskat den överflödiga energin som behövs.

Det här är precis vad Li: s molekyl uppnår: kräver den minsta mängd energi som hittills rapporterats för att driva bildandet av kolmonoxid. Molekylen - ett nanografen-rheniumkomplex kopplat via en organisk förening som kallas bipyridin - utlöser en högeffektiv reaktion som omvandlar koldioxid till kolmonoxid.

Förmågan att effektivt och exklusivt skapa kolmonoxid är signifikant beroende på molekylens mångsidighet.

"Kolmonoxid är ett viktigt råmaterial i många industriella processer", säger Li. "Det är också ett sätt att lagra energi som ett kolneutralt bränsle eftersom du inte sätter mer kol i atmosfären än du redan har tagit bort. Du släpper helt enkelt den solkraft du brukade göra. "

Hemligheten för molekylens effektivitet är nanografen - en grafit av nanometerskala, en vanlig form av kol (dvs. den svarta "bly" i pennor) - eftersom materialets mörka färg absorberar mycket solstrålning.

Li säger att bipyridin-metallkomplex har studerats länge för att minska koldioxid till kolmonoxid med solljus. Men dessa molekyler kan bara använda en liten ludd av ljuset i solljus, framför allt i ultraviolettområdet, vilket är osynligt för blotta ögat. Däremot utnyttjar molekylen nanografens ljusabsorberande kraft för att skapa en reaktion som använder solljus i våglängden upp till 600 nanometer-en stor del av det synliga ljusspektret.

I huvudsak säger Li att molekylen fungerar som ett tvådelat system: en nanografen "energisamlare" som absorberar energi från solljus och en atomrhenium "motor" som producerar kolmonoxid. Energiuppsamlaren driver ett flöde av elektroner till rheniumatomen, som upprepade gånger binder och omvandlar den normalt stabila koldioxiden till kolmonoxid.

Tanken att koppla nanografer till metallen härrörde från Li tidigare ansträngningar för att skapa en effektivare solcell med det kolbaserade materialet. "Vi frågade oss själva: Kan vi klippa ut de mellersta solcellerna och använda den ljusabsorberande kvaliteten hos nanograferna ensam för att driva reaktionen?" Säger han.

Därefter planerar Li att göra molekylen starkare, inklusive att den håller längre och överlever i icke-flytande form, eftersom det är lättare att använda katalysatorer i den verkliga världen. Han arbetar också med att ersätta rheniumatomen i molekylen - ett sällsynt element - med mangan, en vanligare och billigare metall.

Indiana University Office of Vice Provost för forskning och National Science Foundation stödde den forskning som framträder i Journal of American Chemical Society.

Källa: Indiana University

relaterade böcker

at InnerSelf Market och Amazon