W ewoluującym krajobrazie badań naukowych, przełomowe odkrycia nadal kształtują nasze rozumienie świata oraz otwierają drzwi do bardziej zrównoważonej przyszłości. W ramach współpracy pomiędzy Centrum Nowych Technologii Uniwersytetu Warszawskiego i California Institute of Technology, naukowcy dokonali rewolucyjnego przełomu w dziedzinie elektrokatalizy. Ich praca koncentruje się na nowej dwuwymiarowej strukturze metaloorganicznej, rzucając światło na przyszłość produkcji zielonej energii. Dodatkowo, badania pomogą w jej implikacji dla bardziej zrównoważonego świata.
Czy dążymy do wydajności? – zielona energia
Elektrokatalityczna redukcja dwutlenku węgla do prostszych związków chemicznych – takich jak metan, etylen i etanol, stała się kluczowym procesem w dążeniu do zielonej energii. Chociaż metaliczna miedź została uznana za najlepszy elektrokatalizator do tego celu, jej wydajność pozostaje ograniczona. Naukowcy na całym świecie pilnie badają alternatywne rozwiązania, które nie tylko zwiększają wydajność, ale także wykorzystują opłacalne i przyjazne dla środowiska reakcje chemiczne. W odpowiedzi na to wyzwanie, naukowcy z Uniwersytetu Warszawskiego i California Institute of Technology wprowadzili nowatorskie podejście, wykorzystujące dwuwymiarowe struktury metaloorganiczne. Szkielety te składają się z jonów metali lub klastrów nieorganicznych połączonych sztywnymi łącznikami organicznymi i stanowią unikalne połączenie modułowości, dużej powierzchni materiału i wysokiej porowatości. [1] Cechy te znalazły zastosowanie w różnych dziedzinach, od separacji i magazynowania gazów po separację mieszanin i transport leków. Mają one ogromny potencjał w redukcji dwutlenku węgla w celu produkcji niezbędnych chemikaliów.
Sens dwuwymiarowych struktur metaloorganicznych
Dr Silvio Osella z Laboratorium Symulacji Układów Chemicznych i Biologicznych w Centrum Nowych Technologii (CeNT) Uniwersytetu Warszawskiego podkreśla zalety dwuwymiarowych struktur metaloorganicznych. „Struktury te spełniają zarówno kryteria wydajnościowe, jak i ekonomiczne. Obecnie cieszą się dużym zainteresowaniem ze względu na łatwość syntezy i właściwości katalityczne”. Jedną z najbardziej atrakcyjnych cech tych szkieletów jest ich modułowa struktura, która sprzyja wysokiemu stopniowi wszechstronności i możliwości adaptacji w szeregu zastosowań. Jak wyjaśnia Osella, cieszą się one obecnie bardzo dużym zainteresowaniem ze względu na łatwość syntezy oraz właściwości katalityczne. Atrakcyjność dwuwymiarowych szkieletów metaloorganicznych polega na ich modułowej budowie, bardzo dużej powierzchni materiału oraz wysokiej porowatości, dzięki czemu znalazły zastosowanie w separacji i magazynowaniu gazów, rozdziale mieszanin, czy transporcie leków. Mają one również duży potencjał redukcji dwutlenku węgla, który pozwala na uzyskanie różnych ważnych substancji chemicznych.
Wydajna synteza etylenu
Droga do wydajnej syntezy etylenu z dwutlenku węgla była trudna ze względu na wieloetapowy proces i znaczne zapotrzebowanie na energię. Jednak prof. Bartosz Trzaskowski z CeNT UW ujawnia, że na horyzoncie pojawia się potencjalny przełom, stwierdzając: „Wiele grup naukowych dąży do opracowania nowych związków chemicznych lub materiałów, które sprawią, że ten krok będzie szybki, a cały proces tańszy, szybszy lub zachodzący w łagodniejszych warunkach, tj. bardziej zrównoważony”. W swojej publikacji w Journal of the American Chemical Society naukowcy szczegółowo opisują, w jaki sposób określone dwuwymiarowe struktury metaloorganiczne, oparte na rdzeniu ftalocyjaninowym, służą jako centrum reaktywne do wydajnej produkcji etylenu i metanu. To przełomowe odkrycie obiecuje na nowo zdefiniować krajobraz produkcji zielonej energii.
W kierunku bardziej ekologicznej przyszłości
Pionierskie badania otwierają nowe możliwości projektowania dwuwymiarowych struktur metaloorganicznych i innych materiałów, aby umożliwić bardziej wydajną konwersję dwutlenku węgla w metan i etylen, a także inne paliwa i surowce chemiczne. W obliczu pilnej potrzeby ograniczenia emisji dwutlenku węgla i przejścia na zrównoważone źródła energii, ta sztuczna konwersja dwutlenku węgla staje się kluczowym elementem naszej podróży.
W obliczu malejących zasobów paliw kopalnych i konieczności zrównoważonego rozwoju, innowacje takie jak te są niezbędne dla jaśniejszej i bardziej ekologicznej przyszłości. Badania przeprowadzone przez Uniwersytet Warszawski i California Institute of Technology stanowią znaczący krok w kierunku bardziej zrównoważonego świata, w którym nauka odgrywa kluczową rolę w rozwiązywaniu pilnych globalnych wyzwań. W kontekście rynku polskiego, takie innowacje mogą być szczególnie istotne, mając na uwadze rosnące zainteresowanie zieloną energią oraz rozwój sektora naukowo-technologicznego w Polsce.
Bibliografia:
[1] Uniwersytet Warszawski, Sposób na redukcję CO2, 19 października 2023, https://www.uw.edu.pl/sposob-na-redukcje-co2/
Zuzanna Czernicka
