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जलवायु परिवर्तन एक वैश्विक पर्यावरणीय समस्या है। जलवायु परिवर्तन का मुख्य कारण जीवाश्म ईंधनों का अत्यधिक दहन है। इससे कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) उत्पन्न होती है, जो एक ग्रीनहाउस गैस है और वैश्विक तापमान वृद्धि में योगदान देती है। इसे देखते हुए, दुनिया भर की सरकारें कार्बन उत्सर्जन को सीमित करने के लिए नीतियां विकसित कर रही हैं। हालांकि, केवल कार्बन उत्सर्जन को कम करना ही पर्याप्त नहीं हो सकता है। कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जन को भी नियंत्रित करने की आवश्यकता है।
इस संदर्भ में, वैज्ञानिक कार्बन डाइऑक्साइड को मेथनॉल और फॉर्मिक एसिड (HCOOH) जैसे मूल्यवर्धित यौगिकों में रासायनिक रूप से परिवर्तित करने का प्रस्ताव देते हैं। फॉर्मिक एसिड के उत्पादन के लिए, हाइड्राइड आयनों (H-) के स्रोत की आवश्यकता होती है, जो एक प्रोटॉन और दो इलेक्ट्रॉनों के समतुल्य होते हैं। उदाहरण के लिए, निकोटिनमाइड एडेनिन डाइन्यूक्लियोटाइड (NAD+/NADH) का अपचयन-ऑक्सीकरण युग्म जैविक प्रणालियों में हाइड्राइड (H-) का जनरेटर और भंडार है।
इसी पृष्ठभूमि में, जापान के रित्सुमेइकन विश्वविद्यालय के प्रोफेसर हितोशी तामियाकी के नेतृत्व में शोधकर्ताओं की एक टीम ने रुथेनियम-जैसे NAD+/NADH कॉम्प्लेक्स का उपयोग करके CO2 को HCOOH में परिवर्तित करने की एक नई रासायनिक विधि विकसित की है। उनके अध्ययन के परिणाम 13 जनवरी, 2023 को ChemSusChem पत्रिका में प्रकाशित हुए।
प्रोफेसर तामियाकी ने अपने शोध के पीछे की प्रेरणा को समझाया। उन्होंने कहा, “हाल ही में यह दिखाया गया है कि NAD+ मॉडल वाला रूथेनियम कॉम्प्लेक्स, [Ru(bpy)2(pbn)](PF6)2, प्रकाश रासायनिक दो-इलेक्ट्रॉन अपचयन से गुजरता है। इससे एसीटोनिट्राइल (CH3CN) में ट्राईएथेनॉलमाइन की उपस्थिति में दृश्य प्रकाश के तहत संबंधित NADH प्रकार का कॉम्प्लेक्स [Ru(bpy)2(pbnHH)](PF6)2 बनता है।”
इसके अतिरिक्त, [Ru(bpy)2(pbnHH)]2+ विलयन में CO2 प्रवाहित करने से [Ru(bpy)2(pbn)]2+ का पुनर्जनन होता है और फॉर्मेट आयन (HCOO-) उत्पन्न होते हैं। हालांकि, इसकी उत्पादन गति काफी धीमी है। इसलिए, H- को CO2 में परिवर्तित करने के लिए एक उन्नत उत्प्रेरक प्रणाली की आवश्यकता है।
इसलिए, शोधकर्ताओं ने कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जन को कम करने में सहायक विभिन्न अभिकर्मकों और अभिक्रिया स्थितियों की जांच की है। इन प्रयोगों के आधार पर, उन्होंने 1,3-डाइमिथाइल-2-फेनिल-2,3-डाइहाइड्रो-1H-बेंजो[d]इमिडाज़ोल (BIH) की उपस्थिति में रेडॉक्स युग्म [Ru(bpy)2(pbn)]2+/[Ru(bpy)2(pbnHH)]2+ के प्रकाश-प्रेरित दो-इलेक्ट्रॉन अपचयन का प्रस्ताव रखा। इसके अतिरिक्त, ट्राईएथेनॉलमाइन के स्थान पर CH3CN में जल (H2O) के प्रयोग से उपज में और सुधार हुआ।

इसके अतिरिक्त, शोधकर्ताओं ने परमाणु चुंबकीय अनुनाद, चक्रीय वोल्टामेट्री और यूवी-दृश्य स्पेक्ट्रोफोटोमेट्री जैसी तकनीकों का उपयोग करके संभावित प्रतिक्रिया तंत्रों की भी जांच की। इसके आधार पर, उन्होंने परिकल्पना की: सबसे पहले, [Ru(bpy)2(pbn)]2+ के फोटोउत्तेजन पर, मुक्त मूलक [RuIII(bpy)2(pbn•-)]2+* बनता है, जो निम्नलिखित अपचयन से गुजरता है: BIH से [RuII(bpy)2(pbn•-)]2+ और BIH•+ प्राप्त होते हैं। इसके बाद, H2O रूथेनियम कॉम्प्लेक्स को प्रोटोनित करके [Ru(bpy)2(pbnH•)]2+ और BI• बनाता है। परिणामी उत्पाद का असमानुपातन होकर [Ru(bpy)2(pbnHH)]2+ बनता है और फिर वापस [Ru(bpy)2(pbn)]2+ में परिवर्तित हो जाता है। इसके बाद, पूर्व यौगिक को BI• द्वारा अपचयित करके [Ru(bpy)(bpy•−)(pbnHH)]+ उत्पन्न किया जाता है। यह संकुल एक सक्रिय उत्प्रेरक है जो H- को CO2 में परिवर्तित करता है, जिससे HCOO- और फॉर्मिक अम्ल उत्पन्न होते हैं।
शोधकर्ताओं ने दिखाया कि प्रस्तावित प्रतिक्रिया में रूपांतरण संख्या (उत्प्रेरक के एक मोल द्वारा परिवर्तित कार्बन डाइऑक्साइड के मोलों की संख्या) उच्च है - 63।
शोधकर्ता इन खोजों से उत्साहित हैं और नई नवीकरणीय सामग्री के उत्पादन के लिए ऊर्जा (सूर्य के प्रकाश को रासायनिक ऊर्जा में) परिवर्तित करने की एक नई विधि विकसित करने की उम्मीद करते हैं।
“हमारी विधि पृथ्वी पर कार्बन डाइऑक्साइड की कुल मात्रा को भी कम करेगी और कार्बन चक्र को बनाए रखने में मदद करेगी। इसलिए, यह भविष्य में ग्लोबल वार्मिंग को कम कर सकती है,” प्रोफेसर तामियाकी ने आगे कहा। “इसके अलावा, नई ऑर्गेनिक हाइड्राइड परिवहन प्रौद्योगिकियां हमें अमूल्य यौगिक प्रदान करेंगी।”
अधिक जानकारी के लिए देखें: युसुके किनोशिता एट अल., रुथेनियम कॉम्प्लेक्स द्वारा मध्यस्थता से CO2** में प्रकाश-प्रेरित कार्बनिक हाइड्राइड स्थानांतरण, NAD+/NADH रेडॉक्स युग्मों के मॉडल के रूप में, ChemSusChem (2023)। DOI: 10.1002/cssc.202300032

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