Con le strutture reticolari ben definite e la modificabilità flessibile, le strutture metallo-organiche (MOF) possono essere la piattaforma ideale per costruire i catalizzatori abilitati per l'idrogenazione dell'anidride carbonica con il miglioramento dell'attività catalitica e un controllo preciso della selettività. Credito:Tsinghua University Press
L'eccessiva emissione di gas serra, in particolare anidride carbonica, sta rapidamente innalzando la temperatura media globale. Catturare l'anidride carbonica e convertirla in combustibili e sostanze chimiche utili può essere un modo ideale per ridurre la concentrazione di anidride carbonica e alleviare questo grave problema ambientale.
Tra le tecnologie promettenti per la conversione dell'anidride carbonica c'è l'idrogenazione dell'anidride carbonica. L'interesse è forte perché l'idrogeno è un'energia verde e sostenibile che può essere prodotta continuamente. Nel lavorare per far avanzare la tecnologia, vari ricercatori hanno testato una gamma di catalizzatori per l'idrogenazione dell'anidride carbonica, ma ci sono ancora difficoltà nell'applicazione di questi catalizzatori in ambienti industriali. I catalizzatori basati su strutture metallo-organiche offrono un'alternativa ai catalizzatori tradizionali per queste tecnologie. Pertanto, il team di ricercatori ha esaminato sistematicamente catalizzatori basati su strutture metallo-organiche per l'idrogenazione selettiva dell'anidride carbonica con l'obiettivo di sviluppare catalizzatori che hanno un grande potenziale nelle future applicazioni dell'idrogenazione dell'anidride carbonica.
Il team ha pubblicato i risultati in Nano Research .
La cattura dell'anidride carbonica è diventata un modo importante per alleviare gli impatti negativi che ha sull'ambiente. Ma una volta che l'anidride carbonica è stata catturata, i ricercatori affrontano la sfida di cosa fare con l'anidride carbonica catturata perché in passato non ci sono stati usi industriali per un volume così grande di anidride carbonica. Sapendo che l'idrogenazione naturale del carbonio ha prodotto fonti di energia fossile, come petrolio, carbone e gas naturale, durante la fotosintesi, i ricercatori hanno stabilito che l'idrogenazione sintetica dell'anidride carbonica ha un grande potenziale come metodo per riutilizzare l'anidride carbonica catturata.
Ma trovare il giusto catalizzatore da utilizzare nell'idrogenazione dell'anidride carbonica è stata una sfida perché i catalizzatori tradizionali richiedono una temperatura elevata per convertire l'anidride carbonica. Queste dure condizioni di calore aumentano le emissioni di carbonio e provocano la rapida sinterizzazione delle sostanze attive. E l'attività catalitica e la selettività limitate per l'idrogenazione dell'anidride carbonica sui catalizzatori tradizionali limitano ancora lo sviluppo nell'ambiente industriale. I ricercatori volevano costruire nuovi catalizzatori per l'idrogenazione dell'anidride carbonica con le prestazioni catalitiche più elevate nelle condizioni più miti, soprattutto per evitare l'alta temperatura.
I ricercatori hanno rivolto la loro attenzione ai catalizzatori basati su strutture metallo-organiche. Le strutture metallo-organiche, una classe di materiali cristallini, possono fornire una piattaforma ideale per costruire nuovi catalizzatori per l'idrogenazione dell'anidride carbonica in condizioni miti. Le strutture metallo-organiche offrono il vantaggio di essere strutture sintonizzabili con pori ben definiti che incoraggiano la costruzione di diversi siti catalitici. Queste strutture catalitiche possono essere utilizzate per diversi prodotti, come monossido di carbonio, metano, acido formico, metanolo e C2+ prodotti. Nella loro ricerca, il team ha condotto una revisione sistematica e dettagliata di una varietà di catalizzatori basati su strutture metallo-organiche per un potenziale utilizzo nell'idrogenazione selettiva dell'anidride carbonica.
Sebbene siano stati compiuti molti progressi nello sviluppo di catalizzatori basati su strutture metallo-organiche, i ricercatori osservano che permangono diverse sfide. Sono necessarie ricerche più approfondite per affrontare questi problemi. Guardando al futuro della ricerca nell'area dei catalizzatori basati su strutture metallo-organiche, i ricercatori formulano quattro raccomandazioni per possibili studi futuri.
In primo luogo, suggeriscono che sono necessarie una progettazione più ampia e una sintesi accurata per costruire le strutture di interfaccia nelle strutture metallo-organiche. Successivamente, i ricercatori suggeriscono che la conversione dell'anidride carbonica a basse temperature può essere migliorata introducendo siti funzionali all'interno delle strutture metallo-organiche per favorire l'attivazione dell'anidride carbonica. La loro terza raccomandazione è che è necessaria una progettazione più approfondita dei siti catalitici all'interno delle strutture metallo-organiche per ridurre la dipendenza della selettività del prodotto target dalle proprietà intrinseche dei metalli. La loro raccomandazione finale è di sviluppare tecnologie di caratterizzazione in situ ad alta pressione, come la spettroscopia di assorbimento di raggi X in situ ad alta pressione, l'analisi di diffrazione di raggi X e la spettroscopia Raman, per caratterizzare il cambiamento strutturale dinamico dei catalizzatori a base di strutture metallo-organiche durante il carbonio idrogenazione del biossido ad alta pressione.
"Ci auguriamo che la nostra discussione sui catalizzatori basati su strutture metallo-organiche per l'idrogenazione selettiva dell'anidride carbonica possa fornire alcune informazioni per lo sviluppo di catalizzatori abilitati per ottenere un'elevata attività, un'eccellente selettività e una buona stabilità. Riteniamo che i catalizzatori basati su strutture metallo-organiche abbiano le grandi prospettive di sviluppo e il potenziale applicativo nell'idrogenazione dell'anidride carbonica in condizioni miti in futuro", ha affermato Guodong Li, professore presso il National Center for Nanoscience and Technology. + Esplora ulteriormente
