ABŞ Energetika Departamentinin (DOE) Brookhaven Milli Laboratoriyasının kimyaçıları bol karbon qazını (CO ₂ ) yanacaq, antibakterial/göbələk əleyhinə vasitə kimi və əczaçılıq məhsullarının istehsalı üçün istifadə edilən sənaye kimyəvi maddəsi olan formata (HCO ₂ ^– ) çevirmək üçün yeni üsul hazırlamışlar. Onların reaksiyası kimyəvi çevrilmə üçün lazım olan elektronların və protonların ötürülməsini asanlaşdırmaq üçün işıqla aktivləşdirilmiş metal mərkəzli katalizatordan istifadə edir.

_{“Biz CO 2} kimi ucuz və bol bir şey götürürük və onu faydalı bir şeyə çevirmək üçün elektron və proton əlavə edirik” dedi Amerika Kimya Cəmiyyətinin Jurnalında nəşr olunan tədqiqatı təsvir edən məqalənin aparıcı müəllifi Sai Puneet Desai .

Müəyyən mənada proses fotosintezi, bitkilərin CO ₂ və suyu şəkərə, onların əsas yanacaq mənbəyinə çevirmək üçün istifadə etdiyi reaksiyalar seriyasını təqlid edir. Desai, “Həm reaksiyamızda, həm də fotosintezimizdə protonların və elektronların ötürülməsi birbaşa və ya dolayı yolla işıqla təmin edilir” dedi.

Həmmüəllif Andressa Müller əlavə etdi: “Bunu kimyəvi bağlarda işıq enerjisinin saxlanması kimi düşünə bilərsiniz”.

Liqandların əlavə edilməsi nəzarəti artırır

_{CO 2-ni} faydalı kimyəvi maddələrə çevirmək üçün edilən digər cəhdlərlə müqayisədə , Desai, Müller və Brookhaven Laboratoriyasının Süni Fotosintez qrupunun digər üzvləri tərəfindən hazırlanmış metod bir bükülmə, daha doğrusu, genişlənməyə malikdir.

“Adətən, bu cür CO _{2 çevrilmələrində siz CO 2-ni} katalizatorun metal mərkəzinə bağlamalısınız ” dedi qrup lideri Javier Concepcion. “Bu o deməkdir ki, digər rəqib molekulların içəri daxil olub metalla reaksiya verməsi üçün boş yerlər var. Bu, katalizatorun parçalanmasına səbəb ola bilər və bu, edə biləcəyiniz məhsulların növü üzərində seçiciliyi məhdudlaşdırır.”

Seçiciliyə nəzarət etmək və arzuolunmaz yan reaksiyaların qarşısını almaq üçün komanda onların metal mərkəzini liqandlarla əhatə etmişdir.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=8188791252&adk=1645945215&adf=308666314&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1750136471&rafmt=1&armr=3&format=750×280&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-06-metal-catalyst-carbon-dioxide-industrial.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTM3LjAuNzE1MS4xMDQiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEzNy4wLjcxNTEuMTA0Il0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzNy4wLjcxNTEuMTA0Il0sWyJOb3QvQSlCcmFuZCIsIjI0LjAuMC4wIl1dLDBd&dt=1750136466424&bpp=1&bdt=59&idt=100&shv=r20250612&mjsv=m202506100101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1750136415%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1750136415%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3Dcdf7f2f01784f52d%3AT%3D1735196613%3ART%3D1750136415%3AS%3DAA-Afjb8kbeupLLyQ0QHQmZxpM4v&prev_fmts=0x0%2C336x280&nras=1&correlator=478480676703&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=3&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=2125&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=95353386%2C95362655%2C31092948%2C95344788%2C95362796%2C95359265%2C95362804%2C95363071%2C31091638&oid=2&psts=AOrYGsmnaS64SNQKjJAMoe74vD4ZdlMPTSVXy9DiyyGOX00YIZB4sr6Itk8VfuvKouzz_Fk3262zdA9mTQeKzGHXBzUzIoUm&pvsid=7865130237449609&tmod=481841775&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=0&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=5381

“Katalizator çiçək kimidir: Metal çiçəyin mərkəzidir və ləçəklər liqandlardır” dedi Müller. “Biz bu liqandlarla katalizatorun xassələrini tənzimləyə bilərik və bütün kimya metalda deyil, liqandlardan birində baş verir.”

Bu yeni mexanizmdə metal üzərindəki bütün bağlama yerləri işğal edilir, beləliklə, metal arzuolunmaz yan reaksiyalara girməkdən tam qorunur. Və liqandları dəqiq dizayn etməklə alimlər məhsulu diqqətlə idarə edə bilərlər.

“Bu mexanizm çox seçicidir; yalnız format istehsal olunur” dedi Concepcion. “Çox vaxt hidrogen və/yaxud dəm qazının istehsalı istiqamətində rəqabət var və bəzən bu məhsullardan hansını hazırladığınıza nəzarət etmək çətindir. Amma bu məhsulları hazırlamaq üçün metal mərkəzdə açıq yerlər lazımdır. Bu halda mexanizm liqand əsaslı olduğundan, bu digər məhsulların əmələ gəlmə şansı yoxdur.”

Bundan əlavə, Müller qeyd etdi: “Kimya metalda deyil, liqandlarda baş verdiyi üçün bu, katalizatorun nüvəsində digər metallardan istifadə imkanını açır.”

Hazırkı məqalə rutenium mərkəzli katalizatorun tapıntılarını bildirir. Lakin alimlər dəmir kimi ucuz metallardan istifadə edərək oxşar yanaşmanı sınadılar və bunun da yaxşı işlədiyini gördülər.

“Bu sənəd bu liqand əsaslı strategiyanın digər metallar üçün ümumiləşdirilə biləcəyini nümayiş etdirir” dedi Concepcion. “Məqsədimiz Yer kürəsində bol olan metallara doğru irəliləməkdir. O, dəmirdən çox zəngin deyil!”

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, yeniliklər və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniləmələr əldə edin .Abunə ol

Hesablamalar, təcrübələr əsas anlayışlara kömək edir

Alimlər həm katalizatorun layihələndirilməsi mərhələsində, həm də bütün reaksiya mexanizmini başa düşməyə kömək etmək üçün əsasən nəzəriyyə və hesablama kimyasına etibar edirdilər.

Hesablama kimyası üzrə ixtisaslaşan qrupun baş müstəntiqi Mehmed Ertem əlavə etdi: “Biz, əsasən, atomların ən çox ehtimal olunan tənzimləmələrini və qarşılıqlı təsirlərini təyin etməyə kömək etmək üçün elektron sıxlığına əsaslanan bir sıra hesablamalardan istifadə edən bir hesablama texnikası olan sıxlıq funksional nəzəriyyəsindən istifadə edərək bütün mexanizmi tədqiq etdik”. “Modelləşdirmə, katalizatoru aktiv formaya çevirmək üçün elektronların və protonların tutulduğu bütün addımları və katalizatorun CO _2-ni formata çevirmək üçün bu elektronları və protonları necə çatdırdığını ortaya qoydu.”

“Mexanizm çox sadədir” dedi Desai. “Bu, işığı udan və katalitik sistemimizdə elektronlar üçün rele rolunu oynayan bir fotosensibilizatordan başlayır.”

Sistem iki ayrı addımda həm elektronları, həm də protonları təmin edən orqanohidrid adlanan başqa bir üzvi molekulu ehtiva edir. Bu tədqiqat elektron ianə mərhələsindən sonra ara məhsul kimi əmələ gələn orqanohidridin “radikal kation”ının mövcudluğunu aşkar etdi. Bu aralıq katalizatoru aktiv formaya çevirən sonrakı proton ianəsi üçün vacibdir .

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=8188791252&adk=1645945215&adf=1092384543&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1750136508&rafmt=1&armr=3&format=750×280&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-06-metal-catalyst-carbon-dioxide-industrial.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTM3LjAuNzE1MS4xMDQiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEzNy4wLjcxNTEuMTA0Il0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzNy4wLjcxNTEuMTA0Il0sWyJOb3QvQSlCcmFuZCIsIjI0LjAuMC4wIl1dLDBd&dt=1750136466424&bpp=1&bdt=59&idt=153&shv=r20250612&mjsv=m202506100101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1750136415%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1750136415%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3Dcdf7f2f01784f52d%3AT%3D1735196613%3ART%3D1750136415%3AS%3DAA-Afjb8kbeupLLyQ0QHQmZxpM4v&prev_fmts=0x0%2C336x280%2C750x280%2C336x280&nras=1&correlator=478480676703&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=3&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=4194&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=430&eid=95353386%2C95362655%2C31092948%2C95344788%2C95362796%2C95359265%2C95362804%2C95363071%2C31091638&oid=2&psts=AOrYGsmnaS64SNQKjJAMoe74vD4ZdlMPTSVXy9DiyyGOX00YIZB4sr6Itk8VfuvKouzz_Fk3262zdA9mTQeKzGHXBzUzIoUm%2CAOrYGsnAp_47eRyFQ-OJTntXoPip7OL31FVkwBTZ4rf9uAMByzHe5ylX_C1SMZu4FmdzhFxlGaZlHMw6ZZGm9uowLe5bC4Eu%2CAOrYGsk6IveAknzhLI0Zbwz8-I2ZpeePd1F1bLMlS5v1kz5apthY7vGz40PW63-Q6nO5UFMCi3OPwYam61t_Jc3_LAKbvA&pvsid=7865130237449609&tmod=481841775&uas=1&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=3&uci=a!3&btvi=3&fsb=1&dtd=42382

Əhəmiyyətli odur ki, elektronlar və protonlar CO _2- ə çatdırıldıqdan sonra sistemin bütün komponentləri yenidən istifadə edilmək üçün orijinal formalarına qayıda bilər.

Desai, “Bu təkrar istifadəyə yararlılıq həqiqətən vacibdir, çünki biz bu sistemi mümkün qədər səmərəli etmək istəyirik və tullantıları təqdim etmək istəmirik” dedi.

Alimlər həmçinin nəzəriyyəyə əsaslanan proqnozları yoxlamaq və reaksiya komponentlərini real vaxt rejimində izləmək üçün laboratoriya təcrübələri keçiriblər. Əsas nəticələrdən biri, radikal kation aralığının reaksiyaya girmək üçün kifayət qədər uzun müddət “yaşadığını” sübut etdi. Bu nəticələr Brookhaven Laboratoriyasının Kimya Bölməsindəki Lazer Elektron Sürətləndirici Mexanizmindən (LEAF) əldə edilmişdir ki, bu da yüksək vaxt ayırdetmə qabiliyyəti ilə keçici molekulyar və atom növlərini istehsal etmək, həyəcanlandırmaq və araşdırmaq üçün çox qısa elektron impulslarını və lazer işığını birləşdirir.

“Əvvəllər insanlar bu orqanohidridlərin radikal kationlarının çox qısa ömürlü növlər olduğunu düşünürdülər və çox uzun müddət qala bilməyəcəklər” dedi Konsepsion. “Biz LEAF-dən onların yüzlərlə mikrosaniyə ərzində yaşaya biləcəyini nümayiş etdirmək üçün istifadə etdik ki, bu da adi vaxt cədvəllərində qısa səslənir, lakin kimya üçün olduqca uzundur.”

Komanda həmçinin katalizatorların strukturunu öyrənmək üçün Kimya Bölməsində tək kristallı rentgen alətindən istifadə edib. Kimya bölməsində mövcud olan lazer üsulları da CO _2-nin formata çevrilməsinin bütün mərhələlərini başa düşmək üçün istifadə edilmişdir.

“Bu qurğular və alətlər bizə nanosaniyələr, mikrosaniyələr və hətta daha uzun müddət ərzində baş verən prosesləri öyrənməyə imkan verdi” dedi Concepcion. “Biz işığın daxil olduğu andan nə baş verdiyini görə bilirik və bütün katalitik dövr ərzində bütün kimyəvi prosesləri izləyirik.”

Daha çox məlumat: Sai Puneet Desai və başqaları, Rutenium Formil Növlərinin vasitəçiliyi ilə Fotokimyəvi Liqanda əsaslanan CO _{2 Azaldılması,} Amerika Kimya Cəmiyyətinin jurnalı (2025). DOI: 10.1021/jacs.5c04611

Jurnal məlumatı: Amerika Kimya Cəmiyyətinin jurnalı 

Brookhaven Milli Laboratoriyası tərəfindən təmin edilmişdir