Credito:Accademia cinese delle scienze
Idrogenazione catalitica dell'anidride carbonica (CO 2 ) è un mezzo verde e sostenibile per sintetizzare prodotti chimici di base come il metanolo. Questo processo di conversione è la chiave per realizzare "l'economia del metanolo" o creare "luce solare liquida, ' entrambi gli aspetti dell'economia circolare. Studi recenti hanno rivelato il potenziale per una famiglia di ossidi metallici di catalizzare questa reazione. Però, l'ulteriore ottimizzazione delle loro prestazioni catalitiche per le applicazioni industriali è rimasta una grande sfida, principalmente a causa delle difficoltà legate alla progettazione razionale e alla sintesi controllata di questi catalizzatori.
Motivato da una simile sfida, un team guidato congiuntamente dai Proff. Sun Yuhan, Gao Peng, e Li Shenggang allo Shanghai Advanced Research Institute (SARI) dell'Accademia cinese delle scienze, riportato un caso di successo di progettazione razionale guidata dalla teoria dell'ossido di indio (In 2 oh 3 ) catalizzatori per CO 2 idrogenazione a metanolo con elevata attività e selettività. Le nuove scoperte sono state pubblicate nell'ultimo numero di Progressi scientifici il 17 giugno.
Progettare razionalmente In 2 oh 3 a base di nanocatalizzatori con prestazioni favorevoli di sintesi del metanolo, i ricercatori hanno eseguito calcoli estesi di teoria del funzionale della densità (DFT) per stabilire il meccanismo catalitico dell'In 2 oh 3 catalizzatore durante CO 2 idrogenazione a metanolo e anidride carbonica identificando le vie preferite. La modellazione computazionale ha identificato la sfaccettatura {104} raramente studiata di In . esagonale 2 oh 3 come il più favorevole per la sintesi del metanolo.
Sulla base di questa previsione teorica, diversi metodi sperimentali sono stati poi impiegati per sintetizzare In 2 oh 3 catalizzatori in diverse fasi con morfologie distinte.
Illustrazione schematica della CO . più favorevole 2 vie di idrogenazione su differenti cubiche (c-In 2 oh 3 ) e ossido di indio esagonale (c-In 2 oh 3 ) superfici. Attestazione:SARI
interessante, uno dei quattro In 2 oh 3 è stato confermato che i catalizzatori sintetizzati in questo modo espongono principalmente le sfaccettature {104} teoricamente identificate. Questo catalizzatore ha anche mostrato le migliori prestazioni sia in termini di attività che di selettività, confermando la previsione DFT. La reazione di sintesi del metanolo catalizzata da questo catalizzatore è favorevole anche alla temperatura molto elevata di 360 °C.
La resa spazio-temporale di metanolo ha raggiunto 10,9 mmol/g/ora a questa temperatura, che ha superato tutti i catalizzatori precedentemente noti per questa reazione, incluso In . precedentemente riportato 2 oh 3 catalizzatori a base di rame e noti catalizzatori a base di Cu.
L'In 2 oh 3 Il catalizzatore scoperto in questa ricerca è promettente come un modo per convertire direttamente la CO 2 in metanolo per applicazioni industriali. Inoltre, la scoperta di questo In 2 oh 3 catalizzatore promuoverà l'ulteriore sviluppo di catalizzatori bifunzionali ossido/zeolite per CO . diretta 2 idrogenazione a vari C 2+ idrocarburi (olefine inferiori, benzina, aromatici e così via) tramite l'intermedio del metanolo. Altrettanto importante, questa scoperta evidenzia anche il ruolo fondamentale della scienza computazionale nell'aiutare a progettare catalizzatori rilevanti a livello industriale.
