Un nou design de catalizator poate îmbunătăți semnificativ transformarea dioxidului de carbon în metanol, un combustibil important și o materie primă esențială pentru industria chimică.
Transformarea dioxidului de carbon în metanol este considerată pe scară largă o cale promițătoare pentru reciclarea resurselor de carbon. Cu toate acestea, oamenii de știință s-au confruntat mult timp cu o provocare dificilă în încercarea de a îmbunătăți acest proces, arată ScienceDaily.
Citește și: Cresc cheltuielile pentru apărare
La temperaturi mai scăzute, transformarea dioxidului de carbon în metanol este favorabilă din punct de vedere termodinamic. Problema este că acest gaz devine dificil de activat în astfel de condiții, ceea ce duce la o performanță catalitică slabă.
Creșterea temperaturii accelerează reacția, dar favorizează și un proces concurent, cunoscut sub numele de reacția inversă de deplasare a gazului de apă. Acest fenomen produce subproduse nedorite și scade selectivitatea metanolului. Acest compromis persistent între activitatea catalitică și selectivitate a limitat progresul în creșterea randamentului de metanol.
O echipă de cercetători a dezvoltat un nou design de catalizator pentru a aborda această provocare.
Abordarea lor folosește o structură de acoperire bazată pe o interacțiune puternică între metal și suport pentru a separa în spațiu siturile active din interiorul catalizatorului. Acest design permite ca etape diferite ale reacției să aibă loc în locații diferite și îmbunătățește eficiența producției de metanol din dioxid de carbon.
Prin restructurarea suprafeței catalizatorului și prin modificarea modului în care reactanții se adsorb, se disociază și se deplasează pe parcursul reacției, echipa a obținut un randament spațiu-timp de 1,2 g⋅gcat−1⋅h−1 la 300 °C și 3 MPa.
Această performanță este de aproximativ trei ori mai mare decât cea a catalizatorilor comerciali convenționali pe bază de cupru, zinc și aluminiu.
Cercetătorii au descoperit că noul lor catalizator stimulează dioxidul de carbon să se absoarbă și să se activeze în principal pe siturile de zirconiu. Acest lucru orientează reacția spre producția de metanol prin calea formatului.
În catalizatorii convenționali pe bază de cupru, activarea începe de obicei prin ruperea legăturii C=O înainte de hidrogenare. Noua strategie urmează o secvență diferită.
Citește și: Chișinăul apără dreptul militarilor moldoveni de a purta drapelul național în Zona de Securitate
Hidrogenarea are loc mai întâi pe siturile de zirconiu, iar ruperea legăturii C=O se produce ulterior.
Conform explicațiilor oferite de cercetători, această schimbare în mecanismul de reacție reduce semnificativ formarea de monoxid de carbon ca subprodus și păstrează, în același timp, capacitatea puternică a siturilor de cupru de a disocia eficient hidrogenul molecular.
