علماء في جامعة ييل وجامعة ميسوري قد أنشأوا محفزًا جديدًا باستخدام المنغنيز الوفير لتحويل ثاني أكسيد الكربون بكفاءة إلى فورمات، وهو ناقل محتمل للهيدروجين لخلايا الوقود. هذا البديل منخفض التكلفة يتفوق على العديد من محفزات المعادن النفيسة الباهظة الثمن في العمر الافتراضي والفعالية. الاختراق، المنشور في مجلة Chem، يهدف إلى دعم إنتاج الطاقة الأنظف باستخدام غازات الدفيئة.
قدم فريق من الباحثين محفزًا قائمًا على المنغنيز معاد تصميمه يحول ثاني أكسيد الكربون إلى فورمات، مما يوفر مسارًا مستدامًا لتخزين الهيدروجين لخلايا الوقود. المنغنيز، كونه متوفرًا على نطاق واسع ورخيصًا، يعمل كبديل جذاب للمعادن النفيسة النادرة المستخدمة عادة في مثل هذه التفاعلات. الدراسة، التي قادها الباحث ما بعد الدكتوراه في ييل جاستن ويдал والمساعد البحثي الخريج في جامعة ميسوري كايلر فيرتيو، مع المؤلفين الأوليين نيلاي هازاري من ييل وويسلي بيرنسكوتر من جامعة ميسوري، نُشرت في Chem. يشمل المساهمون الإضافيون باحثي ييل براندون ميركادو ونيكول بيكوت. جاءت التمويل من مكتب العلوم في وزارة الطاقة الأمريكية. تخلق خلايا الوقود الهيدروجينية الكهرباء من الطاقة الكيميائية للهيدروجين، لكن التحديات في الإنتاج والتخزين قد عرقلت الاستخدام الواسع النطاق. يمكن للفورمات، المشتق من حمض الفورميك —الذي يُنتج بالفعل صناعيًا لاستخدامات مثل الحفظ ودباغة الجلود— معالجة ذلك من خلال خدمة كمصدر للهيدروجين. حاليًا، تعتمد إنتاج الفورمات على الوقود الأحفوري، مما يحد من فوائده البيئية. يستخدم النهج الجديد ثاني أكسيد الكربون الجوي مباشرة، مما قد يقلل من انبعاثات غازات الدفيئة مع إنتاج منتج قيم. كان العائق الرئيسي في تحويل CO2 إلى فورمات هو متانة المحفز. محفزات المعادن النفيسة فعالة لكنها مكلفة وأحيانًا سامة، بينما تتدهور المعادن الأرخص بسرعة. شملت ابتكار الفريق تعديل هيكل الليغاند في المحفز بإضافة ذرة مانحة إضافية، مما يثبت المركب المنغنيزي ويمدد عمره التشغيلي. «استخدام ثاني أكسيد الكربون أولوية الآن، بينما نبحث عن مواد أولية كيميائية متجددة لاستبدال تلك المشتقة من الوقود الأحفوري»، قال هازاري، أستاذ كيمياء جون راندولف هوفمان في ييل ورئيس قسم الكيمياء. أضاف ويдал: «أنا متحمس لرؤية تصميم الليغاند يؤتي ثماره بطريقة ذات معنى كبير». يحسن هذا المركب المنغنيزي المثبت بليغاندات هميلابيل الإنتاجية والاستقرار للهيدروجينة CO2، كما هو مفصل في مرجع المجلة: Chem، 2026؛ 102833، DOI: 10.1016/j.chempr.2025.102833. يقترح الباحثون أن مبادئ التصميم يمكن أن تعزز عمليات كاتاليتية أخرى، مما يوسع التطبيقات في الكيمياء النظيفة.