_ Catalizatorii de nanoparticule transformă dioxidul de carbon în monoxid de carbon pentru a produce compuși utili

Ca gaz cu efect de seră, dioxidul de carbon (CO2) contribuie la schimbările climatice pe măsură ce se acumulează în atmosferă. O modalitate de a reduce cantitatea de CO2 nedorit din atmosferă este transformarea gazului într-un produs de carbon util care poate fi folosit pentru a genera compuși valoroși.

Un studiu recent a atașat nanoparticule de carbură de molibden în fază beta (β -Mo2C) catalizatori pe un suport de dioxid de siliciu (SiO2) pentru a accelera conversia CO2 în monoxid de carbon (CO) gaz mai util.

CO2 este o moleculă foarte stabilă, ceea ce face transformarea gazului cu efect de seră în alte molecule provocatoare. Catalizatorii pot fi utilizați în reacții chimice pentru a reduce cantitatea de energie necesară pentru a forma sau rupe legăturile chimice și sunt utilizați în reacția inversă de schimbare a gazului în apă (RWGS) pentru a transforma CO2 și hidrogen gazos (H2) în CO și apă (H2O).

Important, gazul CO produs de reacție se numește gaz de sinteză, sau gaz de sinteză, atunci când este combinat cu H2 și poate fi folosit ca sursă de carbon pentru a crea alți compuși importanți.

Tradițional. catalizatorii din reacția RWGS sunt fabricați din metale prețioase, inclusiv platină (Pt), paladiu (Pd) și aur (Au), limitând rentabilitatea reacției. Din acest motiv, sunt dezvoltate noi materiale catalizatoare și metode de formare pentru a crește caracterul practic al reacției RWGS ca mijloc de scădere a CO2 atmosferic și de generare a gazului de sinteză.

Pentru a aborda problemele de cost ale catalizatorilor tradiționali RWGS, o echipă de cercetători de la Universitatea Illinois din Urbana-Champaign a studiat formarea și activitatea catalitică a catalizatorilor β-Mo2C cu nanoparticule mai ieftine pe un suport de SiO2 pentru a determina dacă catalizatorul cu costuri mai mici ar putea crește nivelurile de activitate ale β-Mo2C cu un oxid de silice. sprijin în reacția RWGS.

Echipa și-a publicat studiul în Carbon Future pe 30 aprilie.

„Societatea se îndreaptă către o economie neutră din punct de vedere al carbonului. Dioxidul de carbon este un gaz cu efect de seră, astfel, orice tehnologie care poate rupe legătura oxid de carbon din această moleculă și poate transforma carbonul într-o substanță chimică cu valoare adăugată ar putea fi de mare interes.

„O substanță chimică C1 importantă este monoxidul de carbon, care este o substanță esențială. materie primă pentru a produce o gamă largă de produse, cum ar fi combustibili sintetici și vitamina A”, a spus Hong Yang, profesor de catedră Alkire la Departamentul de Inginerie Chimică și Biomoleculară de la Universitatea Illinois din Urbana-Champaign și autor principal al lucrării.

În mod specific, cercetătorii au sintetizat catalizatori de nanoparticule β-Mo2C absorbiți pe un suport de SiO2 (β-Mo2C/SiO2). Structura amorfă a suportului de SiO2 a fost critică pentru formarea nanoparticulelor, activitatea și stabilitatea catalizatorului β-Mo2C/SiO2.

Echipa a testat suplimentar cesiu (Ce), magneziu (Mg), titan (Ti) și oxizi de aluminiu (Al) ca suport potențial, dar catalizatorul pe SiO2 a produs cea mai bună formare de catalizator la temperatura de 650°C.

"Se pare că natura dezordonată a silicei amorfe, care se comportă ca un lipici la catalizator. nanoparticulele, este un factor cheie al succesului nostru în obținerea încărcării mari de metal și a activității ridicate corespunzătoare”, a spus Siying Yu, student absolvent la Departamentul de Inginerie Chimică și Biomoleculară de la Universitatea din Illinois din Urbana-Champaign și coautor al lucrării. hârtie.

Important, structura suport a catalizatorului SiO2 îmbunătățește activitatea catalitică a β-Mo2C de 8 ori în comparație cu β-Mo2C în vrac. Chiar și cu activitate catalitică îmbunătățită, catalizatorul β-Mo2C/SiO2 a demonstrat o conversie ridicată a CO și o stabilitate crescută în comparație cu β-Mo2C în vrac în reacțiile RWGS.

„O descoperire majoră a muncii noastre este un nou proces de producere a catalizatorilor cu încărcare mare de metale din nanoparticule de carbură de molibden. Astfel de catalizatori de carbură de metal sunt dezvoltați pentru transformarea dioxidului de carbon în oxid de carbon la o rată de producție și selectivitate ridicate. ”, a spus Andrew Kuhn, fost student absolvent în cadrul Departamentului de Inginerie Chimică și Biomoleculară de la Universitatea Illinois din Urbana-Champaign și primul autor al lucrării.

Cercetătorii și-au efectuat studiul în condiții de reacție care au favorizat conversie în CO gaz, cu un raport H2:CO2 egal cu 1:1. Acest raport diferă de raportul testat mai frecvent, de mai puțin de 3:1.

Reacțiile au fost, de asemenea, efectuate la temperaturi cuprinse între 300 și 600°C. În aceste condiții, echipa a produs CO mai concentrat, care este mai eficient pentru sinteza compușilor din aval.

Echipa vede această cercetare ca un punct de lansare pentru alți catalizatori care folosesc structurile de sprijin pentru a crește activitatea. „Abilitatea noastră de a sintetiza nanomateriale de carbură metalică în fază pură la încărcare mare deschide ușa pentru dezvoltarea de noi catalizatori pentru procesul de utilizare a CO2”, a spus Yang.

„Sper că printr-un studiu aprofundat al relația de sinteză-structură-proprietate a acestui catalizator, vom putea în curând să descoperim noi aplicații importante pentru conversia cu valoare adăugată a CO2 și dezvoltarea durabilă a economiei noastre.”

Alți contribuitori includ Rachel Park, Di Gao și Cheng Zhang de la Departamentul de Inginerie Chimică și Biomoleculară de la Universitatea din Illinois la Urbana-Champaign din Urbana, Illinois; și Yuanhui Zhang de la Departamentul de Inginerie Agricolă și Biologică de la Universitatea Illinois din Urbana-Champaign.

(Fluierul)