Związki kompleksowe w przekształceniach ditlenku węgla i wody

Liczba ludności stale rośnie, zmiany klimatyczne postępują, a zapotrzebowanie na energię i surowce jest coraz większe. Tradycyjne paliwa kopalne nie tylko się wyczerpują, lecz także są głównym źródłem emisji dwutlenku węgla. Dlatego naukowcy na całym świecie poszukują nowych, zrównoważonych sposobów wytwarzania paliw i substancji chemicznych, które mogłyby zastąpić te oparte na surowcach kopalnych.

prof. dr hab. Violetta Patroniak, fot. Łukasz Bera Projekt pt. „Zastosowanie nowych związków kompleksowych w przekształceniach elektrokatalitycznych ditlenku węgla i wody”  koncentruje się na uzyskaniu serii homo- i heterowielordzeniowych związków koordynacyjnych o potencjalnych właściwościach elektrokatalitycznych, które mogą wpływać na szybkość i wydajność konwersji małych cząsteczek pochodzących z atmosfery (takich jak dwutlenek węgla czy para wodna) w produkty o wyższej wartości dodanej, m.in. wodór, węglowodory czy związki tlenowe, np. etanol.

Plan badań podzielony jest na dwa główne filary. Pierwszy z nich realizowany jest na Wydziale Chemii Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu i obejmuje syntezę oraz charakterystykę spektroskopową i strukturalną ligandów (związków organicznych, polioksometalanów, a także sieci metaliczno-organicznych). Następnie otrzymywane są kompleksy tych ligandów z jonami metali bloku d (takimi jak miedź, mangan, kobalt, nikiel czy żelazo) oraz bloku f (czyli lantanowcami). W drugim pakiecie badania wykonywane są na Wydziale Chemii Uniwersytetu Warszawskiego w zespole prof. Pawła J. Kuleszy i skupiają się na dwóch kluczowych procesach. Jednym z nich jest elektrochemiczny rozkład wody, który prowadzi do produkcji wodoru (obok wytwarzania tlenu) oraz redukcja ditlenku węgla pozwalająca przekształcać go w proste związki organiczne nadające się do dalszego wykorzystania jako paliwa lub surowce chemiczne. Dotychczasowe wyniki wskazują też na efektywność nowo otrzymanych związków w konwersji elektrochemicznej azotanów do amoniaku. Wskazuje to na możliwość przeprowadzenia elektrosyntezy mocznika – popularnego nawozu azotowego i farmaceutyka – na drodze równoczesnej i kontrolowanej elektrokatalitycznej redukcji ditlenku węgla i azotanów.

prof. dr hab. Violetta Patroniak, fot. Łukasz Bera Oczekiwanym rezultatem projektu jest otrzymanie kompleksów metali przejściowych i lantanowców, które będą działały jak „wzmacniacze” reakcji elektrochemicznych. Jeśli uda się osiągnąć zamierzone efekty, powstałe materiały mogą znaleźć zastosowanie w urządzeniach do produkcji zielonego wodoru, magazynowania energii czy wytwarzania syntetycznych paliw neutralnych klimatycznie. Tego typu badania nie są jedynie naukową ciekawostką – mogą mieć realny wpływ na przyszłość gospodarki energetycznej i dążą do łączenia innowacji technologicznych z troską o środowisko. Chemia, choć często kojarzona z laboratoriami i probówkami, może być potężnym narzędziem w walce z globalnym ociepleniem. Dzięki nowoczesnym badaniom nad elektrokatalizatorami być może już wkrótce będziemy w stanie zamieniać zanieczyszczenia w energię, a atmosferyczny dwutlenek węgla w źródło czystych paliw. To wizja, która jeszcze kilka dekad temu wydawała się science-fiction – dziś staje się coraz bliższa rzeczywistości.