تبدیل دی‌اکسیدکربن به مواد ارزشمند شیمیایی با کمک کاتالیست‌های نسل جدید

پژوهشگران دانشگاه علم و صنعت در یک مطالعه مروری، با بررسی روش‌های نوین تبدیل دی‌اکسیدکربن به کربنات‌های حلقوی، نشان دادند که بهره‌گیری از نظریه «اسید و باز سخت و نرم» (HSAB) می‌تواند مسیر طراحی نسل جدیدی از کاتالیست‌ها را هموار کند؛ کاتالیست‌هایی که قادرند CO₂ را در شرایط ملایم و با بازده بالا به مواد شیمیایی ارزشمند تبدیل کنند.
به گزارش ایسنا نجمه ورنصیری دکترای شیمی آلی، محقق پسا دکترای دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز دانشگاه علم و صنعت ایران، دکتر محمد قربان دکامین استاد دانشکده شیمی دانشگاه علم و صنعت ایران و شاهرخ شاه حسینی عضو هیات علمی دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز دانشگاه علم و صنعت ایران مقاله مروری بر کاتالیزورهای تبدیل CO2 به کربنات حلقوی از دیدگاه اسید و باز سخت نرم با عنوان Deep insight into the catalytic systems for CO2 conversion to cyclic carbonates: A hard and soft acid- base approach را منتشر کردند.
همزمان با افزایش نگرانی‌های جهانی درباره تغییرات اقلیمی و انتشار گازهای گلخانه‌ای، تبدیل دی‌اکسیدکربن (CO₂) به محصولات دارای ارزش افزوده به یکی از مهمترین محورهای پژوهش‌های شیمی و انرژی تبدیل شده است. در همین راستا، پژوهشگران در یک مقاله مروری جدید، روندها و فناوری‌های مرتبط با سنتز «کربنات‌های حلقوی» با استفاده از CO₂ را بررسی کرده‌اند؛ موادی که کاربرد گسترده‌ای در صنایع شیمیایی، دارویی، الکترولیت‌های باتری و تولید پلیمرها دارند.
بر اساس این مطالعه، واکنش افزایشی میان اپوکسیدها و CO₂ یکی از کارآمدترین روش‌ها برای استفاده از دی‌اکسیدکربن به شمار می‌رود، زیرا این فرایند از نظر بازده اتمی، راندمان ۱۰۰ درصدی دارد و تقریباً تمامی اتم‌های واکنش‌دهنده در محصول نهایی باقی می‌مانند.
پژوهشگران در این مقاله تلاش کرده‌اند انواع سامانه‌های کاتالیستی معرفی‌شده در سال‌های اخیر را بر اساس نظریه «اسید و باز سخت و نرم» یا HSAB طبقه‌بندی و تحلیل کنند. این نظریه توضیح می‌دهد که چگونه دی‌اکسیدکربن به‌عنوان یک اسید سخت و اپوکسیدها با ویژگی‌های اسیدی نرم، با اجزای مختلف کاتالیست‌ها برهم‌کنش می‌کنند.
به گفته نویسندگان، درک این برهم‌کنش‌ها امکان طراحی هدفمند کاتالیست‌هایی را فراهم می‌کند که بتوانند CO₂ را در شرایط ملایم‌تر، با مصرف انرژی کمتر و کارایی بالاتر فعال و تبدیل کنند.
در این مطالعه، طیف گسترده‌ای از سامانه‌های کاتالیستی همگن و ناهمگن مورد بررسی قرار گرفته است. پژوهشگران به‌ویژه بر چارچوب‌های فلزی ـ آلی (MOFs)، کمپلکس‌های فلزات واسطه و سامانه‌های هیبریدی تمرکز کرده‌اند؛ ساختارهایی که به دلیل ویژگی‌های قابل تنظیم اسیدی و بازی، توانایی بالایی در فعال‌سازی دی‌اکسیدکربن دارند.
این مقاله همچنین نشان می‌دهد که استفاده از چارچوب نظری HSAB می‌تواند فاصله میان مطالعات بنیادی و کاربردهای صنعتی را کاهش دهد و به توسعه نسل جدیدی از کاتالیست‌ها برای کاهش و استفاده مجدد از CO₂ منجر شود.پژوهشگران تأکید کرده‌اند که توسعه چنین فناوری‌هایی نه‌تنها می‌تواند به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای کمک کند، بلکه مسیر تازه‌ای برای تولید پایدار مواد شیمیایی و انرژی در آینده فراهم خواهد کرد.