Incorporando un catalizzatore d'argento all'interno di un cristallo poroso, I ricercatori KAUST hanno migliorato una reazione chimica che converte l'anidride carbonica (CO ₂ ) in monossido di carbonio (CO), che è una materia prima utile per l'industria chimica.

Il monossido di carbonio è un elemento costitutivo per la produzione di combustibili idrocarburici, e molti ricercatori stanno cercando modi per produrlo da CO ₂ , un gas serra emesso dalla combustione di combustibili fossili. Una strategia prevede l'utilizzo di elettricità e un catalizzatore per guidare un cosiddetto CO ₂ reazione di riduzione. Ma questa reazione produce tipicamente una varietà di altri prodotti, compreso il metano, metanolo ed etilene. La separazione di questi prodotti aumenta notevolmente il costo del processo, quindi i ricercatori sperano di guidare la reazione per generare un singolo prodotto.

Osama Shekhah e Mohamed Eddaoudi, chimici della KAUST, in collaborazione con il gruppo di Ted Sargent all'Università di Toronto, ora hanno messo a punto il CO ₂ reazione di riduzione utilizzando strutture metalliche organiche (MOF). Questi cristalli porosi contengono un reticolo di nodi a base di metallo collegati da molecole di collegamento a base di carbonio. Alterando questi componenti, i ricercatori possono personalizzare la dimensione dei pori di un MOF e le sue proprietà chimiche.

I ricercatori hanno creato quattro diversi MOF con la stessa disposizione reticolare complessiva e hanno coltivato nanoparticelle di argento larghe 5 nanometri all'interno dei pori di ciascun MOF. Quindi hanno testato ogni MOF per scoprire come la sua struttura influenzasse la CO ₂ reazione di riduzione. Hanno monitorato quali prodotti sono emersi dal processo e hanno studiato come una forma attivata di CO, un intermedio cruciale nella reazione, si lega al catalizzatore d'argento.

Il MOF più efficace conteneva nodi a base di zirconio collegati da molecole di 1, acido 4-naftalendicarbossilico. Perché ha pori più piccoli, la sua capacità di intrappolare la CO ₂ ha superato i suoi rivali.

La nanoparticella d'argento in questo MOF ha anche legato la CO attivata in modo diverso rispetto alle altre, connessione in una "modalità ponte" che coinvolge due legami anziché uno. Ciò garantiva che la CO avesse meno probabilità di trasformarsi in sottoprodotti indesiderati. "Il controllo del tipo di intermedio CO durante la reazione ha una grande influenza sulla selettività della CO, " dice Shekhah. Insieme, questi effetti hanno aumentato l'efficienza della produzione di CO al 94 percento, un notevole miglioramento della selettività.

I ricercatori sperano di costruire sulla loro strategia, apportare ulteriori modifiche alla struttura del MOF per migliorare la CO ₂ reazione di riduzione. "Riteniamo che questo lavoro apra la strada all'utilizzo dei MOF come nuovi supporti per migliorare l'attività e la selettività del prodotto della CO ₂ reazione di riduzione interagendo direttamente con gli intermedi gassosi e controllando la loro modalità di legame, "dice Eddaoudi.