دانشمندان به یک دستاورد جدید در تحقیقات خود برای بازیافت دی‌اکسید کربن اتمسفر زمین و تبدیل آن به سوخت‌های فاقد آلایندگی رسیده‌اند. تیمی بین‌المللی از شیمیدان‌ها به سرپرستی لیانگ شی لی از دانشگاه ایندیانا در این تحقیق حضور داشت.
این محققان مولکولی طراحی کرده‌اند که از الکتریسیته یا نور برای تبدیل بهتر دی‌اکسید کربن به مونوکسید کربن، نسبت به سایر روش‌های کاهش آلایندگی، استفاده می‌کند. دی‌اکسید کربن یک گاز گلخانه‌ای است، درحالی‌که مونوکسید کربن یک منبع سوختی فاقد آلاینده است.
لی که دانشیار کالج هنر و علوم آی‌یو بلومینگتون در بخش شیمی است، می‌گوید:
اگر یک مولکول کاملاً بهینه برای این واکنش تولید شود، می‌تواند انرژی رایگان و قابل ذخیره در قالب سوخت تولید کند. این مطالعه پیشرفتی شگرف در این راستا است.
زمانی که سوختی مانند مونوکسید کربن می‌سوزد، انرژی آزاد می‌کند و دی‌اکسید کربن تولید می‌شود. تبدیل مجدد دی‌اکسید کربن به سوخت، نیازمند حداقل همان میزان انرژی است. دانشمندان در حال تلاش برای یافتن راه‌هایی برای کاهش این انرژی مازاد هستند.
دستاورد مولکولی لی نیز دقیقاً همان است. این شیوه نیازمند کمترین میزان از انرژی است و منجر به تولید مونوکسید کربن می‌شود. این مولکول یک نانوگرافن رنیم متصل به یک ترکیب ارگانیک با نام بی‌پیریدین است و یک واکنش کاملاً مؤثر برای تبدیل دی‌اکسید کربن به مونوکسید کربن را فعال می‌کند. این قابلیت برای ساخت مونوکسید کربن به دلیل تطبیق‌پذیری مولکول، انحصاری و سودمند است.
لی توضیح داد که مونوکسید کربن یک ماده‌ی خام مهم در بسیاری از فرآیندهای صنعتی است. می‌توان از این ماده در ذخیره‌سازی انرژی به‌عنوان یک سوخت فاقد آلاینده استفاده کرد؛ زیرا هیچ کربنی از این سوخت وارد اتمسفر نمی‌شود. چیزی که از این سوخت آزاد می‌شود، همان انرژی خورشیدی است که در تولید آن به کار رفته بود.
نانوگرافن، یک ذره‌ی گرافیت (نوع شایعی از کربن) در ابعاد نانومتر است و راز این بهره‌وری مولکولی محسوب می‌شود. ازآنجایی‌که این ماده رنگ تیره‌ای دارد، می‌تواند مقادیر فراوانی نور خورشید جذب کند.
لی افزود که انواع ترکیبات فلزی پیچیده بی‌پیریدین، به‌منظور کاهش تولید دی‌اکسید کربن نسبت به مونوکسید کربن با نور خورشید در بلندمدت، مورد بررسی قرار گرفته است. با این حال، چنین مولکول‌هایی تنها توانایی استفاده بخش اندکی از نور خورشید، به‌خصوص در دامنه فرابنفش، دارند. این بخش از دید چشم غیر مسلح پنهان است. با این حال، مولکول ساخته‌شده در دانشگاه IU از قدرت جذب نور نانوگرافن برای ایجاد یک واکنش که از نور خورشید در طول موج بالای 600 نانومتر استفاده می‌کند، بهره می‌برد. به این معنی که بخش اعظمی از طیف نورِ قابل‌مشاهده، مورد استفاده قرار می‌گیرد.
این مولکول اساساً نقش یک سیستم دوقسمتی را ایفا می‌کند که شامل یک موتور یا همان اتم رنیم است که مونوکسید کربن تولید می‌کند؛ و همچنین یک جذب‌کننده‌ی انرژی یا همان نانوگرافن که انرژی را از نور خورشید جذب می‌کند. این جذب‌کننده‌ی انرژی، جریان الکترون‌ها به اتم رنیم را مستقیم و مرتباً دی‌اکسید کربن را به مونوکسید کربن تبدیل می‌کند.
تلاش‌های اولیه‌ی لی برای ساخت یک سلول خورشیدی کارآمدتر با کربنی مبتنی بر ماده، منجر به ایده‌ی پیوند نانوگرافن به فلز در زمانی شد که آن‌ها در حال انجام تحقیق روی این موضوع بودند؛ آیا می‌توان سلول‌های خورشیدی را حذف و تنها از نانوگرافن برای انجام واکنش استفاده کرد یا خیر.
لی به دنبال ساخت مولکولی قدرتمندتر در آینده است. این کار به عمر مولکول می‌افزاید و امکان بقای آن در یک قالب غیر مایع، در دنیای واقعی را میسر می‌کند؛ استفاده از کریستال‌های جامد به‌مراتب آسان‌تر است. از آنجایی که رنیم یک عنصر نادر است و قیمت بالایی دارد، لی در حال کار برای جایگزینی این ماده با منگنز است. فلزی که همه جا هست و قیمت پایینی دارد.
این مقاله در مجله‌ی American Chemical Society به چاپ رسیده است.
