Conversão de dióxido de carbono (CO2) em metanol é amplamente considerada uma forma promissora de reciclar recursos de carbono. No entanto, os cientistas há muito enfrentam uma tarefa difícil na tentativa de melhorar o processo.
Em temperaturas mais baixas, a conversão de CO2 em metanol é termodinamicamente favorável. O problema é que o CO2 se torna difícil de ativar sob estas condições, resultando num fraco desempenho catalítico. O aumento da temperatura acelera a reação, mas também favorece um processo competitivo conhecido como reação reversa de deslocamento água-gás, que cria subprodutos indesejados e reduz a seletividade do metanol. Este compromisso persistente entre atividade catalítica e seletividade limitou o progresso no aumento dos rendimentos de metanol.
O novo design do Catalyst supera compromissos de longa data
Num estudo publicado em químicopesquisadores liderados pelo professor Jian Sun e pelo professor Jiafeng Yu do Instituto de Física Química de Dalian (DICP) da Academia Chinesa de Ciências (CAS) desenvolveram um novo projeto de catalisador que visa resolver este problema.
Sua abordagem usa uma forte estrutura de sobreposição acionada por interação metal-suporte (SMSI) para separar espacialmente os sítios ativos no catalisador. Este projeto permite que diferentes etapas de reação ocorram em locais diferentes, melhorando a eficiência da produção de metanol a partir de CO2.
Ao reestruturar a superfície do catalisador e alterar o método de adsorção, dissociação e movimento ao longo do caminho de reação dos reagentes, a equipe alcançou um rendimento espaço-temporal de 1,2 g·hum gato-1h-1 a 300 ℃ e 3 MPa. Este desempenho é aproximadamente três vezes superior ao dos catalisadores comerciais convencionais de Cu/Zn/Al.
Redirecionar CO2 Para metanol
Os pesquisadores descobriram que seu catalisador estimula o CO2 adsorver e ativar principalmente em dióxido de zircônio (ZrO2) sites. Isso direciona a reação para produzir metanol através da via do formato.
Em catalisadores convencionais à base de Cu, a ativação geralmente começa com a clivagem da ligação C=O antes que ocorra a hidrogenação. A nova estratégia segue uma sequência diferente. A hidrogenação ocorre primeiro no ZrO2 locais, e isso é seguido pela clivagem da ligação C = O.
Segundo os pesquisadores, essa mudança no mecanismo de reação reduz significativamente a formação de subprodutos de monóxido de carbono (CO), ao mesmo tempo que mantém a forte capacidade dos sítios de Cu de dissociar H2 efetivamente.
“Nosso estudo pode fornecer uma nova maneira de resolver o compromisso de longa data entre atividade e seletividade na síntese de metanol a partir de CO2Professor Sun disse.
