水溶性溶媒のナノクラスター化による新しい二酸化炭素化学の確立(Establishing Novel Carbon Dioxide Chemistry through Nano-Clustering in Water-Lean Solvents)

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2024-05-29 パシフィック・ノースウェスト国立研究所(PNNL)

水分が少ない溶媒は、CO2の効果的な捕捉に有望です。新しい研究では、これらの溶媒が4つの分子からなるミセル状のナノサイズクラスターを形成し、その内部に酵素の活性部位に似た構造があり、CO2を含む新しい分子種を形成することが示されました。この発見は炭素捕捉溶媒の設計に新しい視点を提供し、より効果的で効率的な溶媒の開発に貢献します。研究では、逆ミセル状の四量体クラスターが自発的に形成され、段階的にCO2を捕捉することが明らかになりました。これにより、新しい材料の設計とCO2の貯蔵能力の向上が期待され、CO2の重合反応の開始剤としての可能性も示唆されています。

<関連情報>

水溶性溶媒の四量体自己組織化により、カルバミン酸無水物ベースのCO2回収化学が可能になる Tetrameric self-assembling of water-lean solvents enables carbamate anhydride-based CO2 capture chemistry

Julien Leclaire,David J. Heldebrant,Katarzyna Grubel,Jean Septavaux,Marc Hennebelle,Eric Walter,Ying Chen,Jose Leobardo Bañuelos,Difan Zhang,Manh-Thuong Nguyen,Debmalya Ray,Sarah I. Allec,Deepika Malhotra,Wontae Joo & Jaelynne King

Abstract

Carbon capture, utilization and storage is a key yet cost-intensive technology for the fight against climate change. Single-component water-lean solvents have emerged as promising materials for post-combustion CO2 capture, but little is known regarding their mechanism of action. Here we present a combined experimental and modelling study of single-component water-lean solvents, and we find that CO2 capture is accompanied by the self-assembly of reverse-micelle-like tetrameric clusters in solution. This spontaneous aggregation leads to stepwise cooperative capture phenomena with highly contrasting mechanistic and thermodynamic features. The emergence of well-defined supramolecular architectures displaying a hydrogen-bonded internal core, reminiscent of enzymatic active sites, enables the formation of CO2-containing molecular species such as carbamic acid, carbamic anhydride and alkoxy carbamic anhydrides. This system extends the scope of adducts and mechanisms observed during carbon capture. It opens the way to materials with a higher CO2 storage capacity and provides a means for carbamates to potentially act as initiators for future oligomerization or polymerization of CO2.

水溶性溶媒のナノクラスター化による新しい二酸化炭素化学の確立(Establishing Novel Carbon Dioxide Chemistry through Nano-Clustering in Water-Lean Solvents)

0505化学装置及び設備
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