Ученые из департамента США Национальной лаборатории (DOE) Брукхейвенской энергетики разработали новую каталитическую систему для преобразования диоксида углерода (СО2) в метанол -ключевой товар, используемый для создания широкого спектра промышленных химикатов и топлива. С значительно более высокой активностью, чем другие катализаторы, которые в настоящее время используются, новая система может получить метанол легче, используя обычно инертный CO2.
"Разработка эффективного катализатора для синтеза метанола из СО2 может значительно расширить использование этого обильного газа в качестве экономичного сырья ", сказал Брукхейвенской химик Хосе Родригес, который руководил исследованием. Можно даже представить себе будущее, в котором такие катализаторы помочь смягчить накопление этого парникового газа, путем захвата CO2 , излучаемый из двигателей внутреннего сгорания метанола питанием и топливных элементов, и утилизации его синтезировать новое топливо. Это будущее, конечно, будет зависеть от множества факторов, в том числе экономики. "Наши основные научные исследования сосредоточены на научно-открытием, как такие катализаторы работать, и использование этих знаний для улучшения их активность и селективность," подчеркнул Родригес. Исследовательская группа, в которую вошли ученые из Брукхейвенской, в университете Севильи в Испании, и Центрального университета Венесуэлы, описывает свои результаты в 1 августа 2014, выпуске журнала Science .
CO2 , как правило с неохотой становиться участником химических реакций, взаимодействуя слабо с большинством катализаторов, это также довольно сложно изучать. Эти исследования требует использования новой разработки на месте (или на месте, то есть в условиях реакции) методов визуализации и химические "отпечатков пальцев". Эти методы позволили ученым заглянуть в динамической эволюции различных катализаторов, как они действовали в реальном времени. Ученые также использовали численное моделирование в университете Севильи и Барселоны суперкомпьютерам центра, чтобы обеспечить молекулярную описание механизма синтеза метанола.Команда была особенно заинтересована в изучении катализатора, состоящего из меди и оксида церия (церий-оксидных) наночастиц, иногда также смешанный с диоксидом титана. Предыдущие исследования ученых при таких металлооксидных наночастиц катализаторов продемонстрировали свою исключительную реактивность в различных реакциях. В этих исследованиях, интерфейсы двух типов наночастиц оказалась критической для реакционной способности катализаторов, с высокой реакционной способностью сайты формирования в регионах, где обе фазы отвечают. Чтобы исследовать реакционную способность таких двойной частиц каталитических систем в преобразовании CO 2 в метанол, ученые использовали методы спектроскопические исследовать взаимодействие СО 2 с медной, простой церия-оксида, и церия-оксида / медных поверхностей в диапазоне реакции температур и давлений. Химическая дактилоскопии сочеталась с компьютерного моделирования, чтобы выявить наиболее вероятный прогресс промежуточных как реакции от CO2 в метанол продолжалось. Эти исследования показали, что металлический компонент из катализаторов сама по себе не может выполнять все химические шаги, необходимые для производства метанола. Наиболее эффективным связывание и активацию CO2 произошло на стыке металлических и оксидных наночастиц в церия оксида / меди каталитической системы.
"Ключевые активных центров для химических превращений, связанных атомов из металла [медь] и оксида церия [или / церия титана] фаз", говорит Грасиани из Университета Севильи, ведущий автор исследования. Полученный катализатор преобразует CO2 в метанол более тысячи раз быстрее, чем простых частиц меди, и почти в 90 раз быстрее, чем общий меди / оксида цинка катализатора в настоящее время в промышленной эксплуатации.Данное исследование показывает, существенные выгоды, которые можно получить с помощью соответствующим образом настраивает свойства раздела металл-оксид в катализаторах для синтеза метанола. "Это очень интересный шаг, и, кажется, создать новую стратегию для разработки высокоактивных катализаторов для синтеза спиртов и родственных молекул," считает ученый Брукхевинской Национальной Лаборатории, Заведующий кафедрой химии Алекс Харрис.
|
