Посредством фотосинтеза заводы преобразовывают солнечный свет, воду и CO2 в сахар, мультиуглеродные молекулы то топливо клеточные процессы. CO2 – таким образом оба предшественник ископаемого топлива, которое является главным в современной жизни, а также побочном продукте горения того топлива. Способность произвести синтетические жидкие виды топлива от стабильных, окисленных углеродных предшественников, таких как CO2 и угарный газ (CO) напоминает о фотосинтезе по своей природе и является преобразованием, которое желательно в искусственных системах. В течение приблизительно века химический метод, известный, поскольку, процесс Фишера-Тропша был использован, чтобы преобразовать водородный газ (H2) и CO к жидким видам топлива.
Однако его механизм не хорошо понят и, в отличие от фотосинтеза, процесс требует высокого давления (от атмосферного давления 1 до 100 раз) и температуры (100-300 градусов Цельсия).Позже, об альтернативной конверсионной химии для производства жидких видов топлива от окисленных углеродных предшественников сообщили. Используя медные электрокатализаторы, CO и CO2 могут быть преобразованы в мультиуглеродные продукты. Доходы процесса при умеренных условиях, но как это происходит, остаются тайной.
Теперь, преподаватель химии Калифорнийского технологического института Тео Агэпи и его аспирант Джошуа Басс разработали образцовую систему, чтобы продемонстрировать то, на что могли бы быть похожими начальные шаги процесса для преобразования CO к углеводородам.Результаты, изданные как продвинутая публикация онлайн для журнала Nature on December 21, 2015 (и появляющийся в печати 7 января 2016), обеспечивают основу развития технологий, которые могут однажды помочь нейтрализовать отрицательные эффекты атмосферного накопления CO2 парникового газа, преобразовав его назад в топливо. Хотя методы существуют, чтобы преобразовать CO2 в CO, решающий следующий шаг, deoxygenation молекул CO и их сцепления, чтобы создать связи C-C, более трудный.В их исследовании Agapie и Buss синтезировали новый комплекс металла перехода – металлический атом, в этом молибдене случая, связанном одной или несколькими молекулами поддержки, известными как лиганды – который может облегчить активацию и раскол молекулы CO.
Возрастающее сокращение молекулы приводит к существенному ослаблению уз C-O CO. После того, как ослабленный, связь разорвана полностью, введя силил electrophiles, класс содержащих кремний реактивов, которые могут использоваться в качестве суррогатов для протонов.Этот раскол приводит к формированию предельного карбида – единственного атома углерода, связанного с металлическим центром – который впоследствии делает связь со второй молекулой CO скоординированной к металлу. Хотя карбид обычно предлагается как промежуточное звено в возвращающем сцеплении CO, это – первая прямая демонстрация его роли в этом типе химии, говорят исследователи.
После формирования связи C-C металлический центр выпускает продукт C2. В целом, этот процесс преобразовывает две единицы CO в ethynol производную и продолжается легко даже при температурах ниже, чем комнатная температура.
«К нашему знанию это – первый пример четко определенной реакции, которая может взять две молекулы угарного газа и преобразовать их в ethynol производную без металла, молекула, связанная с этанолом; то, что мы можем выпустить продукт C2 от металла, важно», говорит Агэпи.В то время как произведенная ethynol производная не полезна как топливо, она представляет шаг к способности произвести синтетическое мультиуглеродное топливо от углекислого газа. Исследователи теперь применяют знание, полученное в этом начальном исследовании, чтобы улучшить процесс. «Идеально, наше понимание облегчит развитие практических каталитических систем», говорит Поцелуй.
Ученые также работают над способом расколоть связь C-O, используя протоны вместо силила electrophiles. «В конечном счете мы хотели бы использовать протоны от водных и электронных эквивалентов, полученных из солнечного света», говорит Агэпи. «Но протоны очень реактивные, и прямо сейчас мы не можем управлять той химией».