นักวิจัยจาก VCU ได้ค้นพบตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพสำหรับการเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์เป็นกรดฟอร์มิกด้วยกระบวนการทางเคมีความร้อน ซึ่งการค้นพบนี้อาจเป็นกลยุทธ์ใหม่ในการดักจับคาร์บอนที่สามารถปรับลดขนาดลงได้เมื่อโลกกำลังเผชิญกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ นอกจากนี้ยังเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่สำคัญสำหรับคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศอีกด้วย
“เป็นที่ทราบกันดีว่าการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วของก๊าซเรือนกระจกในชั้นบรรยากาศและผลกระทบที่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมนั้นเป็นหนึ่งในความท้าทายสำคัญที่มนุษยชาติเผชิญอยู่ในปัจจุบัน” ดร. ชิฟ เอ็น. คันนา ศาสตราจารย์กิตติคุณประจำภาควิชาฟิสิกส์ คณะมนุษยศาสตร์ มหาวิทยาลัยวิกตอเรีย ผู้เขียนนำกล่าว “การเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาไปเป็นสารเคมีที่มีประโยชน์ เช่น กรดฟอร์มิก (HCOOH) เป็นกลยุทธ์ทางเลือกที่คุ้มค่าในการบรรเทาผลกระทบเชิงลบของ CO2 กรดฟอร์มิกเป็นของเหลวที่มีความเป็นพิษต่ำ ขนส่งและจัดเก็บได้ง่ายที่อุณหภูมิห้อง นอกจากนี้ยังสามารถใช้เป็นสารตั้งต้นทางเคมีที่มีมูลค่าเพิ่มสูง ตัวนำกักเก็บไฮโดรเจน และอาจเป็นเชื้อเพลิงทดแทนเชื้อเพลิงฟอสซิลในอนาคตได้”
ฮันนาและดร. เทอร์บาสุ เซงกุปตา นักฟิสิกส์วิจัยจาก VCU พบว่าคลัสเตอร์ของโลหะแคลโคเจนิกที่เชื่อมต่อกันสามารถทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับการเปลี่ยน CO2 เป็นกรดฟอร์มิกด้วยกระบวนการทางเคมีเชิงความร้อน ผลการวิจัยของพวกเขาได้รับการอธิบายไว้ในบทความชื่อ “การเปลี่ยน CO2 เป็นกรดฟอร์มิกโดยการปรับสถานะควอนตัมในคลัสเตอร์โลหะแคลโคเจนิก” ซึ่งตีพิมพ์ในวารสาร Communications Chemistry of Nature Portfolio
ฮันนาห์กล่าวว่า “เราได้แสดงให้เห็นแล้วว่า ด้วยการผสมผสานลิแกนด์ที่เหมาะสม อุปสรรคในการเกิดปฏิกิริยาการเปลี่ยน CO2 เป็นกรดฟอร์มิกสามารถลดลงได้อย่างมาก ซึ่งจะช่วยเร่งการผลิตกรดฟอร์มิกได้อย่างมาก ดังนั้น เราจึงกล่าวได้ว่าตัวเร่งปฏิกิริยาเหล่านี้สามารถทำให้การสังเคราะห์กรดฟอร์มิกง่ายขึ้นหรือเป็นไปได้มากขึ้น การใช้คลัสเตอร์ขนาดใหญ่ที่มีตำแหน่งการจับลิแกนด์มากขึ้น หรือโดยการติดลิแกนด์ผู้ให้ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น สอดคล้องกับการปรับปรุงเพิ่มเติมในการแปลงกรดฟอร์มิกที่เราทำไว้ ซึ่งสามารถทำได้ดีกว่าที่แสดงในการจำลองทางคอมพิวเตอร์”
งานวิจัยชิ้นนี้ต่อยอดจากงานวิจัยก่อนหน้านี้ของฮันนาที่แสดงให้เห็นว่า การเลือกสารยึดเกาะที่เหมาะสมสามารถเปลี่ยนคลัสเตอร์ให้กลายเป็นซูเปอร์โดเนอร์ที่บริจาคอิเล็กตรอน หรือแอคเซปเตอร์ที่รับอิเล็กตรอนได้
ฮันนา กล่าวว่า “ตอนนี้เราได้แสดงให้เห็นแล้วว่าผลกระทบแบบเดียวกันนี้มีศักยภาพอย่างมากในการเร่งปฏิกิริยาโดยใช้คลัสเตอร์โลหะแคลโคเจนไนด์ ความสามารถในการสังเคราะห์คลัสเตอร์ที่มีพันธะเสถียรและควบคุมความสามารถในการให้หรือรับอิเล็กตรอนได้นั้น เปิดสาขาใหม่ของการเร่งปฏิกิริยา เนื่องจากปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับตัวเร่งปฏิกิริยาที่ให้หรือรับอิเล็กตรอน”
ดร. ซาเวียร์ รอย หนึ่งในนักวิทยาศาสตร์เชิงทดลองคนแรกๆ ในสาขานี้ และรองศาสตราจารย์ด้านเคมีแห่งมหาวิทยาลัยโคลัมเบีย จะเดินทางมาเยือน VCU ในวันที่ 7 เมษายน เพื่อเข้าร่วมงานสัมมนาฤดูใบไม้ผลิของภาควิชาฟิสิกส์
ฮันนาห์กล่าวว่า “เราจะทำงานร่วมกับเขาเพื่อดูว่าเราจะพัฒนาและนำตัวเร่งปฏิกิริยาที่คล้ายกันมาใช้ได้อย่างไร โดยใช้ห้องปฏิบัติการทดลองของเขา เราเคยทำงานร่วมกับกลุ่มของเขาอย่างใกล้ชิดมาแล้ว ซึ่งพวกเขาได้สังเคราะห์วัสดุแม่เหล็กชนิดใหม่ ครั้งนี้เขาจะเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเอง”
สมัครรับจดหมายข่าว VCU ได้ที่ newsletter.vcu.edu เพื่อรับเรื่องราว วิดีโอ ภาพถ่าย ข่าวสาร และรายการกิจกรรมที่คัดสรรมาอย่างดีในกล่องจดหมายของคุณ
กลุ่มบริษัท CoStar ประกาศมอบเงิน 18 ล้านดอลลาร์สหรัฐให้แก่ VCU เพื่อสร้างศูนย์ศิลปะและนวัตกรรม CoStar