기후 변화 퇴치: 이산화탄소를 가치 있는 화학 물질로 환원하기 위한 루테늄 복합체

[아름이]

기후 변화 퇴치: 이산화탄소를 가치 있는 화학 물질로 환원하기 위한 루테늄 복합체
새로운 기술은 수소화물을 이산화탄소로 전환하여 높은 회전율에서 포름산으로 변환합니다.
날짜:
2023년 2월 9일
원천:
리츠메이칸 대학
요약:
화석 연료의 과도한 사용은 원치 않는 이산화탄소(CO2) 생성으로 이어져 기후 변화를 가속화합니다. 이를 해결하는 한 가지 방법은 CO2를 부가가치 화학 물질로 전환하는 것입니다. 이를 위해 연구자들은 최근에 새로운 산화 환원 커플을 활용했습니다.

전체 이야기
기후 변화는 지구 환경 문제입니다. 기후 변화의 주요 원인은 화석 연료의 과도한 연소에서 비롯됩니다. 그들은 지구 온난화의 원인이 되는 온실 가스인 이산화탄소(CO 2 )를 생성합니다. 이러한 관점에서 정부는 전 세계적으로 이러한 탄소 배출을 억제하기 위한 정책을 구상하고 있습니다. 그러나 단순히 탄소 배출을 억제하는 것만으로는 충분하지 않을 수 있습니다. 발생하는 이산화탄소의 관리도 필요하다.

이와 관련하여 과학자들은 CO 2를 메탄올 및 포름산(HCOOH)과 같은 부가가치 화합물로 화학적으로 변환할 것을 제안했습니다. 후자를 생성하려면 하나의 양성자와 두 개의 전자에 해당하는 수소화물 이온(H - ) 소스가 필요합니다 . 예를 들어, 니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드(NAD + /NADH) 환원-산화 커플은 생물학적 시스템에서 수소화물(H - ) 생성기 및 저장소입니다.

이러한 배경에서 일본 Ritsumeikan 대학의 Hitoshi Tamiaki 교수가 이끄는 연구팀은 이제 NAD + /NADH와 같은 루테늄 착물을 사용하여 CO2 를 HCOOH로 환원시키는 새로운 화학적 방법을 개발했습니다. 그들의 작업은 2023년 1월 13일 ChemSusChem 저널에 게재되었습니다 .

Tamiaki 교수가 연구 동기를 설명합니다. "최근에 NAD + 모델 을 갖는 루테늄 착물 -- [Ru(bpy) 2 (pbn)](PF 6 ) 2 --가 광화학적 2-전자 환원을 겪는 것으로 나타났습니다. 이는 상응하는 NADH 유형 착물 [Ru (bpy) 2 (pbnHH)](PF 6 ) 2 아세토니트릴(CH 3 CN) 내 트리에탄올아민 존재 하에서 가시광선 조사 하에서 "라고 그는 설명합니다. "또한, [Ru(bpy) 2 (pbnHH)] 2+ 용액으로의 CO 2 버블링은 [Ru(bpy) 2 (pbn)] 2+를 재생성 하고 포름산염 이온(HCOO- ). 그러나 그 수확량은 상당히 낮았습니다. 따라서 H -를 CO 2 로 전환하려면 개선된 촉매 시스템이 필요했습니다."

결과적으로 연구원들은 CO 2 감소를 촉진하기 위해 다양한 시약과 반응 조건을 조사했습니다. 이러한 실험을 바탕으로 그들은 1,3-의 존재 하에서 [Ru(bpy) 2 (pbn)] 2+ /[Ru(bpy) 2 (pbnHH)] 2+ 산화 환원 커플 의 광유도 2전자 환원을 제안했습니다. 디메틸-2-페닐-2,3-디하이드로-1H-벤조[d]이미다졸(BIH). 또한, 트리에탄올아민 대신에 물(H 2 O)이 CH 3 CN에서 수율을 더욱 향상시켰다.

또한 연구원들은 핵 자기 공명, 순환 전압 전류법 및 UV-Vis 분광 광도법과 같은 기술을 사용하여 기본 반응 메커니즘을 조사했습니다. 이를 바탕으로 그들은 다음을 제안했다. 첫째, [Ru(bpy) 2 (pbn)] 2+ 의 광여기는 환원을 겪는 [Ru III (bpy) 2 (pbn• ? )] 2+ * 라디칼을 생성한다. BIH에 의해 [Ru II (bpy) 2 (pbn• ? )] 2+ 및 BIH• + . 이어서 H 2 O는 루테늄 착물을 양성자화하여 [Ru(bpy) 2 (pbnH•)] 2+를 생성합니다.그리고 BI•. 얻어진 생성물은 [Ru(bpy) 2 (pbnHH)] 2+ 를 생성하기 위해 불균형을 겪고 [Ru(bpy) 2 (pbn)] 2+ 를 돌려준다 . 그런 다음 전자는 BI•에 의해 감소되어 [Ru(bpy)(bpy• ? )(pbnHH)] + 를 생성합니다 . 이 착물은 활성 촉매이며 H -를 CO 2 로 전달하여 HCOO - 및 포름산을 생성합니다.

연구자들은 제안된 반응이 63의 높은 회전율( 촉매 1몰에 의해 전환된 CO 2 몰)을 입증했음을 보여주었다.

이러한 발견에 고무된 연구원들은 새로운 재생 가능 물질 생산을 위한 에너지 변환(태양광을 화학 에너지로)의 새로운 방법론을 개발하기를 희망합니다.

"우리의 방법은 또한 지구에 있는 CO 2 가스 의 총량을 줄이고 탄소 순환을 유지하는 데 도움이 될 것입니다. 따라서 미래에 지구 온난화를 줄일 수 있습니다."라고 Tamiaki 교수는 덧붙입니다. "또한 새로운 유기 수소 전달 기술은 우리에게 귀중한 화합물을 제공할 것입니다."

출처 : https://www.sciencedaily.com/