Lavorare in buone condizioni rende facile portare a termine un lavoro. Ma cosa accadrebbe se potessi trasformare il bene in grande? Questo è ciò che gli scienziati hanno fatto per un popolare catalizzatore che guida la conversione dell'anidride carbonica in una materia prima promettente nota come formiato. Un catalizzatore a base di cobalto abbondante in terra guida la reazione in un solvente con una base super forte che è costoso. Con alcuni calcoli in fondo alla busta, Il dottor Eric Wiedner e i suoi colleghi del Pacific Northwest National Laboratory del DOE hanno predetto che il catalizzatore al cobalto potrebbe seguire un percorso di reazione diverso per funzionare in acqua con bicarbonato di sodio poco costoso, comunemente noto come bicarbonato di sodio. Il risultato? Il catalizzatore è il catalizzatore di metalli non preziosi con le migliori prestazioni per convertire l'anidride carbonica in acqua.

"Utilizzando predittori termodinamici per progettare catalizzatori, abbiamo evitato l'approccio del fucile a pompa e i tempi e i costi associati, " ha detto Wiedner. "Sappiamo come controllare la termodinamica del catalizzatore, e ora siamo in grado di estendere le nostre scoperte per progettare nuovi sistemi catalitici".

Il lavoro del team mostra che l'ambiente di reazione, compreso il catalizzatore, solvente, e base, influenza fortemente la reazione. In questo caso, l'ambiente circostante determina come procederà la reazione. Comprendere l'influenza dell'ambiente è fondamentale per progettare i migliori catalizzatori. E sono necessari i migliori catalizzatori per trasformare un inquinante comune in una sostanza chimica che può fungere da elemento costitutivo per la produzione di combustibili idrocarburici e prodotti chimici.

E se l'anidride carbonica inquinante potesse essere utilizzata come materia prima per sostanze chimiche preziose? La molecola verrebbe trasformata in un elemento costitutivo di idrocarburi. Come? Aggiungendo prima idrogeno per creare formiato (HCOO-). Una grande sfida è trovare un sistema catalizzatore in grado di guidare la reazione senza fare affidamento su prodotti chimici costosi. Un gruppo di ricerca del Pacific Northwest National Laboratory ha ideato un sistema catalizzatore a base di cobalto che funziona in acqua. Il catalizzatore è il migliore quando si tratta di guidare la reazione in acqua senza fare affidamento su metalli preziosi o basi costose.

Il team ha previsto come il catalizzatore avrebbe reagito con l'anidride carbonica in base all'impatto previsto del solvente sul trasferimento di idruro (H-), con l'obiettivo di lavorare in acqua. Il meccanismo era diverso da quelli che si verificano nel solvente tradizionale, tetraidrofurano. Il meccanismo risultante si basa su bicarbonato di sodio poco costoso invece di una base forte e costosa.

Guidati dalle previsioni, il team ha testato il catalizzatore in acqua con anidride carbonica. Hanno caratterizzato le prestazioni del catalizzatore mediante spettroscopia di risonanza magnetica nucleare ad alta pressione utilizzando una cella personalizzata sviluppata e costruita al PNNL. "Questa è una tecnica rara e potente nella comunità della catalisi, " ha detto Wiedner. L'analisi del team ha dimostrato che il catalizzatore aveva funzionato proprio come previsto.