वर्षों से, रसायनशास्त्री अपशिष्ट अणुओं से उच्च मूल्य वाले उत्पाद बनाने का प्रयास कर रहे हैं। अब, एक अंतरराष्ट्रीय विशेषज्ञ टीम बिजली का उपयोग करके इस प्रक्रिया को और तेज करने के तरीकों पर शोध कर रही है। हाल ही में नेचर कैटालिसिस में प्रकाशित एक अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने दिखाया कि कार्बन डाइऑक्साइड, एक ग्रीनहाउस गैस, को एक प्रकार के तरल ईंधन, जिसे मेथनॉल कहा जाता है, में अत्यधिक कुशलता से बदला जा सकता है।
इस प्रक्रिया में, कोबाल्ट फ्थालोसाइन (CoPc) अणुओं को कार्बन नैनोट्यूब्स पर समान रूप से फैलाया गया, जो ग्रेफीन जैसी नलिकाएं होती हैं और जिनमें अद्वितीय विद्युत गुण होते हैं। इन नलिकाओं की सतह पर एक इलेक्ट्रोलाइटिक घोल उपस्थित था, और जब इसके ऊपर से एक विद्युत प्रवाह भेजा गया, तो CoPc अणु इलेक्ट्रॉनों को स्वीकार कर सकते थे और उन्हें कार्बन डाइऑक्साइड को मेथनॉल में परिवर्तित करने के लिए उपयोग कर सकते थे।
शोधकर्ताओं ने एक विशेष पद्धति का उपयोग करते हुए इन-साइट स्पेक्ट्रोस्कोपी का प्रयोग किया, जिससे रासायनिक प्रतिक्रिया को दृश्य रूप में देखा जा सका। पहली बार उन्होंने देखा कि ये अणु खुद को मेथनॉल या कार्बन मोनोऑक्साइड में परिवर्तित कर रहे थे, जो वांछित उत्पाद नहीं है। उन्होंने पाया कि प्रतिक्रिया किस मार्ग पर जाती है, यह उस वातावरण पर निर्भर करता है जिसमें कार्बन डाइऑक्साइड अणु प्रतिक्रिया करता है। CoPc कैटलिस्ट को कार्बन नैनोट्यूब की सतह पर कैसे वितरित किया गया, इसे नियंत्रित करके इस वातावरण को ट्यून करने से कार्बन डाइऑक्साइड को मेथनॉल बनाने की संभावना आठ गुना तक बढ़ाई जा सकती है। यह खोज अन्य उत्प्रेरक प्रक्रियाओं की दक्षता बढ़ा सकती है और अन्य क्षेत्रों पर व्यापक प्रभाव डाल सकती है, जैसा कि अध्ययन के सह-लेखक और ओहियो स्टेट यूनिवर्सिटी के रसायनशास्त्र और जैव रसायनशास्त्र के प्रोफेसर रॉबर्ट बेकर ने बताया।
रॉबर्ट बेकर ने कहा, “जब आप कार्बन डाइऑक्साइड को किसी अन्य उत्पाद में परिवर्तित करते हैं, तो आप कई विभिन्न अणु बना सकते हैं। मेथनॉल निश्चित रूप से सबसे वांछनीय में से एक है क्योंकि इसमें इतनी उच्च ऊर्जा घनत्व है और इसे सीधे एक वैकल्पिक ईंधन के रूप में उपयोग किया जा सकता है।”
अपशिष्ट अणुओं को उपयोगी उत्पादों में बदलना कोई नई बात नहीं है, लेकिन अब तक, शोधकर्ता अक्सर नहीं देख सके कि प्रतिक्रिया वास्तव में कैसे होती है, जो प्रक्रिया को अनुकूलित और सुधारने के लिए एक महत्वपूर्ण अंतर्दृष्टि थी। बेकर ने कहा, “हम शायद अनुभवजन्य रूप से यह अनुकूलित कर सकते हैं कि कुछ कैसे काम करता है, लेकिन हमें वास्तव में यह समझ नहीं है कि यह काम क्यों करता है, या क्या कारण है कि एक उत्प्रेरक दूसरे उत्प्रेरक से बेहतर काम करता है।”
लेकिन विशेष तकनीकों और कंप्यूटर मॉडलिंग की मदद से, टीम इस जटिल प्रक्रिया को समझने के करीब पहुंच गई है। इस अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने एक नई प्रकार की कंपन स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग किया, जिससे उन्हें सतह पर अणुओं के व्यवहार को देखने की अनुमति मिली। अध्ययन के प्रमुख लेखक क्वांसॉन्ग झु ने कहा, “हम उनके कंपन हस्ताक्षरों से बता सकते थे कि वह वही अणु दो विभिन्न प्रतिक्रिया वातावरण में बैठा था।” उन्होंने कहा, “हम इस बात को साबित कर सके कि इनमें से एक प्रतिक्रिया वातावरण मेथनॉल, जो एक मूल्यवान तरल ईंधन है, बनाने के लिए जिम्मेदार था।”
अध्ययन के अनुसार, गहराई से विश्लेषण ने यह भी पाया कि ये अणु सीधे सुपरचार्ज किए गए कणों, जिन्हें कैटायन कहा जाता है, के साथ इंटरैक्ट कर रहे थे, जिससे मेथनॉल गठन की प्रक्रिया को बढ़ावा मिला। बेकर ने कहा, “हम महत्वपूर्ण प्रणालियों को देख रहे हैं और उनके बारे में चीजें सीख रहे हैं जिन्हें लंबे समय से जाना जाता था।” “मोलिक्यूलर स्तर पर होने वाली अनूठी रसायनशास्त्र को समझना इन अनुप्रयोगों को सक्षम बनाने के लिए वास्तव में महत्वपूर्ण है।”
इसके अलावा, जो मेथनॉल नवीकरणीय बिजली से तैयार किया जाता है, वह विमान, कारों और जहाजों जैसे वाहनों के लिए एक सस्ती ईंधन के रूप में उपयोग किया जा सकता है, साथ ही हीटिंग और पावर जनरेशन के लिए भी, और भविष्य के रासायनिक खोजों को बढ़ावा देने के लिए। बेकर ने कहा, “हम यहां सीखे गए चीजों पर आधारित कई रोमांचक चीजें आ सकती हैं, और उनमें से कुछ हम पहले से ही एक साथ करना शुरू कर चुके हैं।” “कार्य जारी है।”