يحافظ المحفز الياباني على نسبة ثاني أكسيد الكربون إلى الميثانول الثانوية أقل من 11 بالمائة
قام علماء في اليابان مؤخرًا بتطوير كتلة نحاسية نانوية يمكنها تحويل ثاني أكسيد الكربون (CO2) إلى ميثانول مع تقليل المنتجات الثانوية غير المرغوب فيها بشكل كبير. تم تنفيذ المشروع من قبل علماء من جامعة توهوكو في اليابان والمعهد الهندي للتكنولوجيا إندور. ويعمل النهج الجديد على تحويل ثاني أكسيد الكربون الضار إلى وقود ومواد كيميائية قيمة في ظل ظروف معتدلة. وكشف الفريق أن التحكم في ذرات النحاس يغير كيفية تحويل ثاني أكسيد الكربون في التفاعل الكهروكيميائي. بدلاً من إنتاج كميات كبيرة من الفورمات، وهو منتج ثانوي غير مرغوب فيه، يقوم المحفز المصمم حديثًا بتوليد الميثانول بشكل انتقائي. ووفقا للفريق، فإن هذا الاكتشاف ضروري لتصميم المحفزات المتقدمة. إنه يوضح كيف يمكن للتحكم على المستوى الذري أن يفتح مسارات أنظف وأكثر كفاءة لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى وقود قيم. إنتاج وقود أنظف لقد اجتذب النحاس (Cu) الانتباه منذ فترة طويلة باعتباره محفزًا غير مكلف ووفير لتحويل ثاني أكسيد الكربون. وهو في الواقع المحفز الوحيد أحادي المعدن الذي يمكن استخدامه في عمليات تقليل ثاني أكسيد الكربون الكهروكيميائية للمواد الكيميائية والوقود عالي القيمة. ومع ذلك، فإن محفزات النحاس الموجودة غالبًا ما تنتج الفورمات جنبًا إلى جنب مع المنتجات المرغوبة. الفورمات هو ملح أو أيون حمض الفورميك ويستخدم على نطاق واسع في صناعات مثل الزراعة والتصنيع. ومع ذلك، أثناء إنتاج الميثانول، فهو منتج ثانوي غير مرغوب فيه لأنه يحول الكربون بعيدًا عن تكوين الميثانول. ولمواجهة هذا التحدي، أنشأ الفريق كتلة نانوية نحاسية مطلية بالكبريتيد (S@Cu50S12(StBu)20(CF3COO)12) ذات بنية داخلية يتم التحكم فيها بدقة. لقد تميزت بهندسة معمارية فريدة من نوعها تتكون من قلب داخلي S@Cu14S12 محاط بقشرة خارجية من نوع Cu36(StBu)20 محمية بروابط ثيولات. وقد مكّن الفريق من ضبط نسبة حالات أكسدة النحاس (I) والنحاس (II) دون تغيير الهندسة الإجمالية للمحفز. ثم قاموا بمقارنة المحفز مع مجموعة نانوية نحاسية تم الإبلاغ عنها سابقًا لتحديد كيفية تأثير التغييرات الإلكترونية الدقيقة على تحويل ثاني أكسيد الكربون. على الرغم من أن كلا المحفزين أظهرا نشاطًا عامًا مماثلاً، إلا أن منتجاتهما كانت مختلفة تمامًا. محفز نحاسي أفضل أنتج المحفز التقليدي فورمات بكفاءة فارادايك تبلغ حوالي 38 بالمائة. في المقابل، خفضت الكتلة النانوية الجديدة تكوين الفورمات إلى أقل من 11 بالمائة وأنتجت الميثانول بكفاءة فارادايك تبلغ حوالي 19 بالمائة عند -1.0 فولت (V) مقابل قطب الهيدروجين القابل للعكس (RHE). ولم ينتج المحفز الأقدم أي ميثانول على الإطلاق. وأشار الفريق إلى أن “هذا العمل يثبت أن التعديل الدقيق لتوازن Cu(I)/Cu(II) يمكن أن يعيد توجيه مسارات التفاعل بشكل أساسي، مما يوفر استراتيجية على المستوى الجزيئي للتغلب على قيود الانتقائية الجوهرية في الحفز الكيميائي Cu NC”. ووفقا للباحثين، فإن إضافة أيون كبريتيد في مركز الكتلة النانوية أدى إلى تغيير بنيتها الإلكترونية بمهارة. لقد أثر ذلك على كيفية تفاعل وسيط التفاعل مع سطح المحفز. ويعتقدون أن النتائج التي توصلوا إليها ستوفر استراتيجية جديدة لتصميم المحفزات بدقة على المستوى الذري. “توفر هذه الدراسة أول دليل واضح على أن التعديل الدقيق لحالة تكافؤ النحاس في العناقيد النانوية النحاسية يمكن أن يؤثر بشكل مباشر على انتقائية مسارات تقليل ثاني أكسيد الكربون”، كما اختتم يويتشي نيجيشي، دكتوراه، أستاذ مشارك في جامعة توهوكو، في بيان صحفي. تم نشر الدراسة في مجلة الوصول المفتوح JACS Au.
تم النشر: 2026-07-07 16:15:00
