Liqnin bitkilərə struktur gücünün böyük hissəsini verir və təbiətdə tapılan ən böyük bərpa olunan aromatik kimyəvi maddələr mənbəyini təmsil edir. Kənd təsərrüfatı və meşə təsərrüfatından yaranan tullantı biokütləsinin əhəmiyyətli bir hissəsini (35%-ə qədər) təşkil edə bilər. Lakin liqninin mürəkkəb molekulyar quruluşu onun səmərəli şəkildə parçalanmasını çətinləşdirir və bu da onun davamlı istehsalda potensial istifadəsini məhdudlaşdırır.

ACS Catalysis jurnalında dərc olunmuş bir araşdırmada , Kimya Mühəndisliyi Departamentindən Dr. Christopher Parlett, Xinyue Zhou və Yutao Jiang-ın daxil olduğu beynəlxalq bir qrup yüksək səmərəli “tək atomlu katalizator” hazırladı. Tədqiqatçılar həmçinin molekulyar səviyyədə katalizatorun liqnini bir yerdə saxlamağa kömək edən güclü kimyəvi əlaqələri necə pozduğunu müəyyən etdilər.

Katalizator azotla zənginləşdirilmiş karbon materialının içərisində yerləşən fərdi rutenium atomlarını ehtiva edir. Rutenium atomlarını təcrid olunmuş vəziyyətdə saxlamaqla, dizayn yalnız çox az miqdarda metal tələb edərkən güclü katalitik performans təmin edə bilər və bu da ənənəvi sistemlərlə müqayisədə səmərəliliyi artırır.

Katalizatorun Liqnini Necə Parçaladığını Aşkarlayır

Liqnin tədqiqatlarında davamlı maneələrdən biri katalizatorun hansı hissələrinin materialın qeyri-adi dərəcədə güclü kimyəvi bağlarını qırdığına görə məsuliyyət daşıdığını dəqiq müəyyən etməkdir. Bu məlumat olmadan tədqiqatçıların daha effektiv katalizatorların dizaynı üçün məhdud rəhbərliyi var idi.

Komanda, “Ru-N4 sahəsi” kimi tanınan müəyyən bir atom düzülüşünün xüsusilə vacib olduğunu aşkar etdi _. Bu sahələr oksigen molekullarını aktivləşdirir və liqnin daxilində həm karbon-oksigen, həm də karbon-karbon bağlarının qırılmasına səbəb olur.

Laboratoriya təcrübələri və hesablama modelləşdirməsinin kombinasiyasından istifadə edərək tədqiqatçılar prosesi daha ətraflı şəkildə yenidən qura bildilər. Katalizator əvvəlcə oksigeni aktivləşdirir və yüksək reaktiv növlər əmələ gətirir. Daha sonra həmin növlər liqnin strukturuna hücum edir və onu daha kiçik molekullara bölür.

Daha mülayim şərtlərlə yüksək konversiya

Optimallaşdırılmış şəraitdə sınaqdan keçirildikdə, katalizator model liqnin birləşmələrinin demək olar ki, hamısını çevirdi və fenol da daxil olmaqla yüksək qiymətli kimyəvi məhsullar istehsal etdi.

Proses nisbətən mülayim şəraitdə də işləyir və sərt kimyəvi maddələr tələb etmir. Bu kombinasiya yanaşmanı daha dayanıqlı kimyəvi istehsal metodlarının inkişafı üçün faydalı edə bilər.

Tədqiqatçılar sadələşdirilmiş model birləşmələrindən kənara çıxaraq katalizatoru bir neçə biokütlə mənbəyindən toplanan real liqnin üzərində sınaqdan keçirdilər. Katalizator bu nümunələri potensial olaraq yanacaq, plastik və digər materiallar üçün tikinti bloklarına çevrilə biləcək faydalı aromatik birləşmələrə uğurla çevirdi.

Biokütlə əsaslı kimyəvi maddələrə doğru potensial yol

Tapıntılar tək atomlu katalizatorların biokütlə çevrilməsi zamanı necə işlədiyinə dair daha ətraflı bir mənzərə təqdim edir. Bu anlayış gələcəkdə daha səmərəli katalitik sistemlərin inkişafı üçün bir bələdçi ola bilər.

Kimya mühəndisliyi üzrə mühazirəçi Dr. Kristofer Parlett bildirib ki, “Bu katalizatorların atom səviyyəsində necə işlədiyini dəqiq başa düşmək, bərpa olunan resursları dəyərli kimyəvi maddələrə çevirmək üçün daha yaxşı materiallar hazırlamağa imkan verir”.

Liqninin təkmilləşdirilməsini və daha yüksək dəyərli məhsullara çevrilməsini asanlaşdırmaqla, tədqiqat ənənəvi xətti neftdən əldə edilən kimyəvi istehsaldan daha geniş bir dəyişikliyə və daha dairəvi, biokütlə əsaslı iqtisadiyyata doğru dəstək ola bilər.