Conversion du dioxyde de carbone en méthanol, un carburant alternatif potentiellement renouvelable, offre la possibilité de former simultanément un carburant alternatif et de réduire les émissions de dioxyde de carbone.

Inspiré des processus naturels, une équipe de chimistes du Boston College a utilisé un système à plusieurs catalyseurs pour convertir le dioxyde de carbone en méthanol aux températures les plus basses signalées avec une activité et une sélectivité élevées, les chercheurs ont rapporté dans une récente édition en ligne du journal Chimie .

La découverte de l'équipe a été rendue possible par l'installation de plusieurs catalyseurs dans un seul système construit dans un matériau cristallin poreux semblable à une éponge connu sous le nom de cadre métal-organique, a déclaré Jeffery Byers et Frank Tsung, professeurs agrégés de chimie au Boston College, auteurs principaux du rapport.

Tenu en place par l'éponge, les catalyseurs séparés fonctionnent en harmonie. Sans isolement de l'espèce catalytiquement active de cette manière, la réaction n'a pas eu lieu et aucun produit n'a été obtenu, ils ont rapporté.

L'équipe s'est inspirée de la machinerie biologique des cellules, qui utilisent des réactions chimiques à plusieurs composants avec une grande efficacité, dit Tsung.

L'équipe a utilisé la séparation du catalyseur grâce à la chimie hôte-invité - où une molécule "invité" est encapsulée dans un matériau "hôte" pour former un nouveau composé chimique - afin de convertir le dioxyde de carbone en méthanol. L'approche, inspiré par les transformations catalytiques multi-composantes de la nature, converti un gaz à effet de serre en carburant renouvelable tout en évitant une demande catalytique élevée sur une seule espèce.

"Nous avons accompli cela en encapsulant un ou plusieurs catalyseurs dans un cadre métal-organique et en appliquant la construction hôte-invité résultante en catalyse en tandem avec un autre complexe de métal de transition, " dit Tsung.

L'équipe, qui comprenait l'étudiant diplômé Thomas M. Rayder et le premier cycle Enric H. Adillon, se sont attachés à déterminer s'ils pouvaient développer une approche pour intégrer des catalyseurs incompatibles afin de convertir le dioxyde de carbone en méthanol à basse température et avec une sélectivité élevée, dit Byers.

Spécifiquement, ils voulaient savoir s'il y avait des avantages spécifiques à cette approche par rapport aux systèmes de pointe actuels pour la conversion à base de complexes de métaux de transition du dioxyde de carbone en méthanol.

« Le positionnement de plusieurs catalyseurs complexes de métaux de transition à la bonne position dans un système est essentiel au retournement de la réaction, " dit Byers. " En même temps, l'encapsulation de ces catalyseurs a permis la recyclabilité dans le système catalytique à plusieurs composants."

Ces propriétés rendent la construction catalytique multi-composants plus pertinente sur le plan industriel, qui peut ouvrir la voie à une économie de carburant neutre en carbone, dit les recherches.

En plus de réaliser l'isolement du site en encapsulant les catalyseurs, ce qui a conduit à l'activité du catalyseur et à la recyclabilité, l'équipe a découvert une caractéristique autocatalytique du catalyseur qui a permis à la réaction de se dérouler sans avoir besoin de grandes quantités d'additifs. La plupart des rapports précédents pour des réactions similaires utilisent de grandes quantités d'additifs, mais l'approche de l'équipe évite cette nécessité et elle est la première à utiliser le dioxyde de carbone dans une réaction énergétique, dit Tsung.

L'équipe prévoit de poursuivre ses recherches sur la modularité de la méthode d'encapsulation et des structures métallo-organiques pour mieux comprendre le système multi-composants et l'optimiser davantage, ainsi que d'accéder à de nouveaux, une réactivité inexplorée par la formation de nouvelles constructions hôte-invité, dit Tsung.