Данная статья была рецензирована в соответствии с редакционными процедурами и политикой журнала Science X. Редакторы, обеспечивая при этом целостность содержания, уделили особое внимание следующим качествам:
Изменение климата — это глобальная экологическая проблема. Основной причиной изменения климата является чрезмерное сжигание ископаемого топлива. Оно производит углекислый газ (CO2), парниковый газ, который способствует глобальному потеплению. В связи с этим правительства по всему миру разрабатывают политику по ограничению таких выбросов углерода. Однако простого сокращения выбросов углерода может быть недостаточно. Необходимо также контролировать выбросы углекислого газа.
В связи с этим ученые предлагают химическое превращение диоксида углерода в ценные соединения, такие как метанол и муравьиная кислота (HCOOH). Для получения последней необходим источник гидрид-ионов (H-), эквивалентных одному протону и двум электронам. Например, пара окисления-восстановления никотинамидадениндинуклеотида (NAD+/NADH) является генератором и резервуаром гидрида (H-) в биологических системах.
На этом фоне группа исследователей под руководством профессора Хитоши Тамиаки из Университета Рицумейкан (Япония) разработала новый химический метод с использованием рутениевых комплексов NAD+/NADH для восстановления CO2 до HCOOH. Результаты их исследования были опубликованы в журнале ChemSusChem 13 января 2023 года.
Профессор Тамиаки объясняет мотивацию своего исследования. «Недавно было показано, что рутениевый комплекс с моделью NAD+, [Ru(bpy)2(pbn)](PF6)2, подвергается фотохимическому двухэлектронному восстановлению. В присутствии триэтаноламина в ацетонитриле (CH3CN) под воздействием видимого света он приводит к образованию соответствующего комплекса типа NADH [Ru(bpy)2(pbnHH)](PF6)2», — сказал он.
«Кроме того, пропускание CO2 через раствор [Ru(bpy)2(pbnHH)]2+ регенерирует [Ru(bpy)2(pbn)]2+ и образует формиат-ионы (HCOO-). Однако скорость его образования довольно низкая. Короткий процесс. Поэтому для преобразования H- в CO2 необходима улучшенная каталитическая система».
Поэтому исследователи изучали различные реагенты и условия реакции, способствующие снижению выбросов углекислого газа. На основе этих экспериментов они предложили светоиндуцированное двухэлектронное восстановление редокс-пары [Ru(bpy)2(pbn)]2+/[Ru(bpy)2(pbnHH)]2+ в присутствии 1,3-диметил-2-фенил-2,3-дигидро-1H-бензо[d]имидазола (BIH). Кроме того, использование воды (H2O) в CH3CN вместо триэтаноламина дополнительно повысило выход продукта.

Кроме того, исследователи также изучили потенциальные механизмы реакций, используя такие методы, как ядерный магнитный резонанс, циклическая вольтамметрия и УФ-видимая спектрофотометрия. На основе этого они выдвинули гипотезу: Во-первых, при фотовозбуждении [Ru(bpy)2(pbn)]2+ образуется свободный радикал [RuIII(bpy)2(pbn•-)]2+*, который подвергается следующему восстановлению: BIH, затем [RuII(bpy)2(pbn•-)]2+ и BIH•+. После этого H2O протонирует рутениевый комплекс с образованием [Ru(bpy)2(pbnH•)]2+ и BI•. Образовавшийся продукт диспропорционирует с образованием [Ru(bpy)2(pbnHH)]2+ и возвращается к [Ru(bpy)2(pbn)]2+. Затем первое соединение восстанавливается с помощью BI• с образованием [Ru(bpy)(bpy•−)(pbnHH)]+. Этот комплекс является активным катализатором, который превращает H- в CO2, образуя HCOO- и муравьиную кислоту.
Исследователи показали, что предлагаемая реакция имеет высокое число превращения (количество молей диоксида углерода, превращаемых одним молем катализатора) – 63.
Исследователи воодушевлены этими открытиями и надеются разработать новый метод преобразования энергии (солнечного света в химическую энергию) для производства новых возобновляемых материалов.
«Наш метод также позволит сократить общее количество углекислого газа на Земле и поможет сохранить углеродный цикл. Следовательно, он может уменьшить глобальное потепление в будущем», — добавил профессор Тамиаки. «Кроме того, новые технологии переноса органических гидридов обеспечат нас бесценными соединениями».
Дополнительная информация: Юсуке Киношита и др., Светоиндуцированный перенос органического гидрида в CO2**, опосредованный комплексами рутения в качестве моделей для окислительно-восстановительных пар NAD+/NADH, ChemSusChem (2023). DOI: 10.1002/cssc.202300032

Если вы обнаружили опечатку, неточность или хотите внести изменения в текст на этой странице, пожалуйста, воспользуйтесь этой формой. Для общих вопросов используйте нашу контактную форму. Для обратной связи используйте раздел комментариев ниже (следуйте инструкциям).
Ваши отзывы очень важны для нас. Однако из-за большого количества сообщений мы не можем гарантировать персонализированный ответ.
Ваш адрес электронной почты используется только для того, чтобы сообщить получателям, кто отправил письмо. Ни ваш адрес, ни адрес получателя не будут использоваться для каких-либо других целей. Введенная вами информация будет отображаться в вашем электронном письме и не будет храниться Phys.org ни в какой форме.
Получайте еженедельные и/или ежедневные обновления на свою электронную почту. Вы можете отписаться в любое время, и мы никогда не будем передавать ваши данные третьим лицам.
Мы делаем наш контент доступным для всех. Пожалуйста, рассмотрите возможность поддержать миссию Science X, оформив премиум-аккаунт.

Если вам нужна более подробная информация, пожалуйста, отправьте мне электронное письмо.
Электронная почта:
info@pulisichem.cn
Тел.:
+86-533-3149598