فريق من الكيميائيين من جامعة تسينغهوا وجامعة قوانغشي العادية في الصين، اكتشف محفز عضوي يمكن استخدامه لإنتاج الكلور بكفاءة أكبر من حيث الطاقة. في ورقتهم المنشورة في مجلة Nature، وصف الفريق كيف بحثوا ووجدوا محفزًا عضويًا يحتوي على مجموعة وظيفية أميد يمكن استخدامه لتمكين تفاعل تطور الكلور.

نشر توماس توريك، من جامعة تكنولوجيا كلاوستال، مقالًا في قسم أخبار وآراء في نفس العدد من المجلة يشرح العمل الذي قام به الفريق في الصين.

يُستخدم الكلور (غاز أخضر أصفر عند درجة الحرارة العادية) على نطاق واسع لتعقيم المياه، مثل حمامات السباحة. ولكنه يستخدم أيضًا في مجموعة واسعة من التطبيقات الأخرى مثل صناعة البلاستيك وتبييض الورق. للأسف، تستخدم العملية المستخدمة لإنتاج الكلور الكثير من الطاقة وتنبعث منها الكثير من ثاني أكسيد الكربون - إذ تنطوي على تحليل كهربائي لمحاليل كلوريد الصوديوم التي تولد كلورًا وهيدروكسيد الصوديوم - كلاهما يستخدمان في تطبيقات التصنيع.

لهذا السبب، كان العلماء يبحثون عن طرق أكثر كفاءة ونظافة لإنتاج المادة. أحد النهج المتبعة يتضمن استخدام محفزات عضوية (بدلاً من المعادن) لأنها تكون أقل تكلفة وأقل سمية وعمومًا أسهل الحصول عليها.

بعد البحث عن الاحتمالات، وجد الفريق جزيءًا عضويًا في مجموعة الأميد RCON-H الذي يمكنه تكوين الكلور من خلال مساعدة أيونات الكلوريد في ماء البحر المالح على الجمع بطرق تؤدي إلى إنتاج الكلور على قطب إيجابي. كما وجدوا أن إضافة ثاني أكسيد الكربون يؤدي إلى تكوين الحمض الكربامي، والذي يزيد من كفاءة المحفز بشكل تفاضلي. يحدث ذلك لأنه يرتبط بنيتروجين الأميد، وبذلك ينشئ مركبًا راديكاليًا.

وجدوا أيضًا أنه بعد التفاعل، كان من السهل بنسبة نسبياً فصل ثاني أكسيد الكربون عن الكلور بسبب الاختلافات في الخواص الفيزيائية. أظهرت التجارب أن العملية قادرة على تحقيق كثافة 10 كيلو أمبير/متر مربع وتحظى بانتقائية بنسبة 99.6% مع قدر زائد قدره 89 مللي فولت.

يختتم الفريق بالإشارة إلى أن العمليات المستقبلية باستخدام المحفز الجديد ستستخدم طاقة أقل بكثير من النهج التقليدي وستكون أكثر نظافة - حيث قد لا تصدر أي منتجات فرعية ضارة على الإطلاق. كما يشير الفريق إلى أن النهج الجديد يمكن أن يمهد الطريق بشكل عام لإنتاج كلور بطريقة أكثر نظافة.

تقرير من اوراق بحثية نشرت في "Nature ". للمزيد راجع.

1. Jiarui Yang et al, CO2-mediated organocatalytic chlorine evolution under industrial conditions, Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-05886-z
2. Thomas Turek, Organic catalyst opens way to energy-efficient chlorine production, Nature (2023). DOI: 10.1038/d41586-023-01583-z