تمت مراجعة هذه المقالة وفقًا لإجراءات وسياسات التحرير الخاصة بمجلة ساينس إكس. وقد حرص المحررون على مراعاة المعايير التالية مع ضمان سلامة المحتوى:
يُعدّ تغير المناخ مشكلة بيئية عالمية. ويُعتبر الإفراط في حرق الوقود الأحفوري المساهم الرئيسي فيه، إذ يُنتج ثاني أكسيد الكربون (CO2)، وهو غاز دفيئة يُساهم في ظاهرة الاحتباس الحراري. وفي ضوء ذلك، تعمل الحكومات في جميع أنحاء العالم على وضع سياسات للحدّ من انبعاثات الكربون. ومع ذلك، قد لا يكون خفض انبعاثات الكربون وحده كافيًا، بل يجب أيضًا السيطرة على انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.
في هذا السياق، يقترح العلماء التحويل الكيميائي لثاني أكسيد الكربون إلى مركبات ذات قيمة مضافة مثل الميثانول وحمض الفورميك (HCOOH). ولإنتاج حمض الفورميك، يلزم وجود مصدر لأيونات الهيدريد (H-)، التي تعادل بروتونًا واحدًا وإلكترونين. على سبيل المثال، يُعد زوج الأكسدة والاختزال لثنائي نيوكليوتيد الأدينين والنيكوتيناميد (NAD+/NADH) مولدًا ومخزونًا لأيونات الهيدريد (H-) في الأنظمة البيولوجية.
في هذا السياق، طوّر فريق من الباحثين بقيادة البروفيسور هيتوشي تامياكي من جامعة ريتسوميكان في اليابان، طريقة كيميائية جديدة باستخدام مركبات NAD+/NADH الشبيهة بالروثينيوم لاختزال ثاني أكسيد الكربون إلى حمض الفورميك. ونُشرت نتائج دراستهم في مجلة ChemSusChem بتاريخ 13 يناير 2023.
يشرح البروفيسور تامياكي دوافع بحثه قائلاً: "لقد ثبت مؤخراً أن مركب الروثينيوم ذو نموذج NAD+، [Ru(bpy)2(pbn)](PF6)2، يخضع لاختزال ضوئي ثنائي الإلكترون. وقد أدى ذلك إلى تكوين مركب NADH المقابل [Ru(bpy)2(pbnHH)](PF6)2 في وجود ثلاثي إيثانول أمين في الأسيتونيتريل (CH3CN) تحت الضوء المرئي".
بالإضافة إلى ذلك، فإن تمرير غاز ثاني أكسيد الكربون في محلول [Ru(bpy)2(pbnHH)]2+ يُعيد توليد [Ru(bpy)2(pbn)]2+ وينتج أيونات الفورمات (HCOO-). ومع ذلك، فإن سرعة إنتاجه منخفضة للغاية. لذا، يتطلب تحويل أيونات الهيدروجين (H-) إلى ثاني أكسيد الكربون نظامًا تحفيزيًا مُحسَّنًا.
لذا، قام الباحثون بدراسة كواشف وظروف تفاعل مختلفة تُسهم في خفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. وبناءً على هذه التجارب، اقترحوا اختزالًا ضوئيًا ثنائي الإلكترون للزوج المؤكسد-المختزل [Ru(bpy)2(pbn)]2+/[Ru(bpy)2(pbnHH)]2+ بوجود 1،3-ثنائي ميثيل-2-فينيل-2،3-ثنائي هيدرو-1H-بنزو[d]إيميدازول (BIH). كما أدى استخدام الماء (H2O) في أسيتونيتريل (CH3CN) بدلًا من ثلاثي إيثانول أمين إلى تحسين المردود.

بالإضافة إلى ذلك، درس الباحثون آليات التفاعل المحتملة باستخدام تقنيات مثل الرنين المغناطيسي النووي، والقياس الفولتمي الدوري، وقياس الطيف الضوئي للأشعة فوق البنفسجية والمرئية. وبناءً على ذلك، افترضوا ما يلي: أولًا، عند الإثارة الضوئية لـ [Ru(bpy)2(pbn)]2+، يتكون الجذر الحر [RuIII(bpy)2(pbn•-)]2+*، والذي يخضع للاختزال التالي: BIH → [RuII(bpy)2(pbn•-)]2+ و BIH•+. بعد ذلك، يقوم H2O ببروتنة معقد الروثينيوم لتكوين [Ru(bpy)2(pbnH•)]2+ و BI•. ثم يتفكك الناتج لتكوين [Ru(bpy)2(pbnHH)]2+، ويعود إلى [Ru(bpy)2(pbn)]2+. ثم يُختزل المركب الأول بواسطة BI• لإنتاج [Ru(bpy)(bpy•−)(pbnHH)]+. هذا المركب هو عامل حفاز نشط يحول H- إلى CO2، منتجًا HCOO- وحمض الفورميك.
أظهر الباحثون أن التفاعل المقترح له رقم تحويل عالٍ (عدد مولات ثاني أكسيد الكربون التي يتم تحويلها بواسطة مول واحد من المحفز) - 63.
يشعر الباحثون بالحماس إزاء هذه الاكتشافات ويأملون في تطوير طريقة جديدة لتحويل الطاقة (ضوء الشمس إلى طاقة كيميائية) لإنتاج مواد متجددة جديدة.
وأضاف البروفيسور تامياكي: "ستساهم طريقتنا أيضاً في تقليل إجمالي كمية ثاني أكسيد الكربون على الأرض، والمساعدة في الحفاظ على دورة الكربون. وبالتالي، يمكنها الحد من ظاهرة الاحتباس الحراري في المستقبل. إضافةً إلى ذلك، ستوفر لنا تقنيات نقل الهيدريد العضوي الجديدة مركبات قيّمة للغاية".
للمزيد من المعلومات: يوسوكي كينوشيتا وآخرون، نقل الهيدريد العضوي المحفز ضوئيًا إلى ثاني أكسيد الكربون بوساطة مركبات الروثينيوم كنماذج لأزواج الأكسدة والاختزال NAD+/NADH، ChemSusChem (2023). DOI: 10.1002/cssc.202300032

إذا صادفت خطأً مطبعياً أو معلومة غير دقيقة، أو أردتَ تقديم طلب لتعديل محتوى هذه الصفحة، فيُرجى استخدام هذا النموذج. للاستفسارات العامة، يُرجى استخدام نموذج الاتصال. ولإبداء الملاحظات العامة، يُرجى استخدام قسم التعليقات العامة أدناه (اتبع التعليمات).
ملاحظاتكم تهمنا كثيراً. مع ذلك، ونظراً لكثرة الرسائل، لا يمكننا ضمان الرد على كل رسالة على حدة.
يُستخدم عنوان بريدك الإلكتروني فقط لإبلاغ المستلمين بهوية مُرسِل الرسالة. ولن يُستخدم عنوانك أو عنوان المستلم لأي غرض آخر. ستظهر المعلومات التي تُدخلها في رسالتك الإلكترونية ولن يتم تخزينها من قِبل موقع Phys.org بأي شكل من الأشكال.
ستتلقى تحديثات أسبوعية و/أو يومية في بريدك الإلكتروني. يمكنك إلغاء الاشتراك في أي وقت، ولن نشارك بياناتك مع أي جهة خارجية.
نحرص على إتاحة محتوانا للجميع. ندعوكم لدعم مهمة ساينس إكس من خلال الاشتراك في حساب مميز.

إذا كنت ترغب في الحصول على مزيد من المعلومات، يرجى إرسال بريد إلكتروني إليّ.
بريد إلكتروني:
info@pulisichem.cn
هاتف:
+86-533-3149598