VCUの研究者たちは、二酸化炭素を熱化学的にギ酸に変換する効果的な触媒を発見しました。この発見は、世界が気候変動に取り組む中で、規模を縮小できる新たな炭素回収戦略につながる可能性があります。大気中の二酸化炭素を除去するための重要な触媒となる可能性があります。
「大気中の温室効果ガスの急速な増加とそれが環境に及ぼす有害な影響は、今日人類が直面する主要な課題の一つであることは周知の事実です」と、筆頭著者で、バージニア工科大学人文科学部物理学科のコモンウェルス名誉教授であるシブ・N・カンナ博士は述べています。「CO2をギ酸（HCOOH）などの有用な化学物質に触媒変換することは、CO2の悪影響を軽減するための費用対効果の高い代替戦略です。ギ酸は毒性の低い液体であり、輸送や常温での保管が容易です。また、高付加価値の化学前駆体、水素貯蔵担体、そして将来的には化石燃料の代替品としても活用できます。」
ハンナ氏とバージニア工科大学（VCU）の研究物理学者であるターバス・セングプタ博士は、金属カルコゲニドの結合クラスターが、二酸化炭素からギ酸への熱化学変換の触媒として作用することを発見しました。この研究成果は、「金属カルコゲニドクラスターにおける量子状態の調整による二酸化炭素からギ酸への変換」と題された論文で発表され、Communications Chemistry of Nature Portfolioに掲載されています。
「適切な配位子の組み合わせを用いることで、CO2をギ酸に変換する際の反応障壁を大幅に低減し、ギ酸の生産速度を大幅に向上できることを示しました」とハンナ氏は述べた。「したがって、これらの触媒はギ酸の合成をより容易かつ実現可能にする可能性があると言えます。より多くの配位子結合部位を持つより大きなクラスターの使用、あるいはより効率的なドナー配位子の付加は、計算シミュレーションで示された以上のギ酸変換率の向上を実現するという私たちの考えと一致しています。」
この研究は、リガンドの適切な選択によって、クラスターを電子を供与するスーパードナー、あるいは電子を受容するアクセプターに変えることができることを示したハンナ氏の以前の研究に基づいています。
「今回、同じ効果が金属カルコゲニドクラスターをベースとした触媒においても大きな可能性を秘めていることを証明しました」とハンナ氏は語る。「安定な結合クラスターを合成し、その電子授受能を制御できるようになることで、新たな触媒分野が開拓されます。なぜなら、ほとんどの触媒反応は電子授受能を持つ触媒に依存しているからです。」
この分野における第一人者の実験科学者の一人であるコロンビア大学化学准教授のザビエル・ロイ博士が、物理学部春季シンポジウムのために 4 月 7 日に VCU を訪問します。
「私たちは彼と協力して、彼の実験室を用いて同様の触媒を開発・実用化する方法を探ります」とハンナ氏は述べた。「私たちはすでに彼のグループと緊密に協力し、新しいタイプの磁性材料を合成しました。今回は彼が触媒役を務めます。」
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