Joshua Koenig 在催化剂设计方面的工作重点是“关闭碳循环”。它涉及将二氧化碳 (CO2) 转化为有用的燃料和化学原料，从而使温室气体远离大气。
“关闭使用CO的碳环2，采用可再生能源的转换过程可能是一个强大的方式来打击所造成的温室气体排放，全球变暖，”柯尼，博士生在说化学系的理学院。
然而，由于 CO2的特性，化学活化惰性气体需要大量能量——即使使用催化剂来帮助转化 CO2 也是如此。
现在，在一个由博士生主导的国际研究项目中，Koenig 能够对一种著名的有机金属催化剂进行化学改性，从而以更少的能量有效地将 CO2转化为一氧化碳。一氧化碳是一种化学原料，可用于制造合成燃料和各种化学品。
Koenig 通过将有机金属催化剂(称为铼联吡啶)与红色涂料中常见的“有机发色团”(发色团是分子中负责其颜色的部分)连接来对其进行改性。
Koenig 说：“我合成了一种新的有机金属-发色团二元组，它进行与标准有机金属催化剂相同的化学转化，但施加的电压要低得多。我们的发现代表了探索改进催化剂的令人兴奋的新途径设计。”
“Josh 的发现是美妙的化学反应，”项目合作者 Zachary Dubrawski 说，他也是化学系的博士生。“它为分子设计领域打开了一扇新的大门。”
Dubrawski 分析了使用 Koenig 改良催化剂的催化反应，以确定催化循环中每个化学步骤的样子。
Koenig 还联系了肯塔基大学化学博士生 Keerthan Rao，以构建催化反应的计算模型。该模型证实了 Koenig 的实验观察和 Dubrawski 的机械分析。
“总体而言，该项目将三个不同研究小组的独特专业知识成功地融为一体，形成了一次高影响力的合作，”Koenig 说。
Koenig 是该团队论文“使用具有可变系链长度的 N 环化苝二亚胺铼联吡啶二元组降低电催化CO2还原过电位”的主要作者，该论文发表在美国化学学会杂志上。
项目所需的创业方法
该项目的成功需要大量的毅力、协作的力量和一些创业思维。
Koenig是有机化学教授 Gregory Welch 博士领导的研究小组的成员，他在 COVID-19 大流行开始之前就发现了改性 CO2转化催化剂。大流行使韦尔奇实验室关闭了三个月。
“所以我坐在这个伟大的结果，我现在绝对无能为力，”Koenig 说。
就在那时，他联系了韦尔奇的一位化学同事，肯塔基大学的Chad Risko 博士。Risko 将他的一名博士生 Keerthan Rao 与 Koenig 联系起来。
Koenig 还招募了由化学教授 Warren Piers 博士领导的研究小组的成员 Dubrawski参与该项目。
此次合作将 Welch 小组在用于有机电子学的 pi 共轭材料方面的专业知识与 Piers 小组在常用作催化剂的有机金属配合物方面的知识相结合。
Dubrawski 说，添加 Rao 的计算建模专业知识“产生了更可靠的结果”。
“我们能够成功设计一系列二元系统，充分研究它们的光电特性，并测试它们的 CO2转化能力，”Koenig 说。
该团队表明，添加到有机金属催化剂中的发色团充当催化剂的“电子储库”，从而实现了一种新的高效催化 CO2转化途径。
“这是一个由学生主导的跨学科项目，解决了气候变化的各个方面，现在已经得到了科学界的顶级期刊之一的认可，”韦尔奇说。
“在加拿大第一研究卓越基金的支持下，我们团队的首要目标之一是发现用于高效 CO2转化的新催化剂设计原则，”Piers 说。“乔希兑现了这一承诺，其关键洞察力将为未来几年该领域的创新提供信息。”
该研究的“现实世界”意义在于，有数百种已知的 CO2转化催化剂和有机发色团，但大多数都需要高能量运行。Koenig 及其同事所做的工作提供了一种直接的方法来以低廉的成本减少所需的输入能量。
Koenig 说，通过进一步的工作，有可能开发出一些有机金属-发色团二元组组合，在工业规模上提供“冠军”CO2转化性能。
