Dall'avvento della rivoluzione industriale, l'accumulo di anidride carbonica (CO2 ) nell'atmosfera terrestre ha sollevato notevoli preoccupazioni ambientali e climatiche. In risposta a questa sfida urgente, la conversione della CO2 nelle sostanze chimiche e/o nei combustibili attraverso l'idrogenazione diretta è emersa come una strategia ampiamente riconosciuta e imperativa per ridurre sia la CO2 emissioni e consumo di combustibili fossili.
Tra i numerosi catalizzatori studiati per la CO2 idrogenazione, i catalizzatori a base di rame (Cu) hanno attirato crescente attenzione per il loro promettente potenziale nella produzione di metanolo. Tuttavia, nonostante la promettente attività catalitica esibita dai catalizzatori a base di Cu, la loro applicazione pratica nella CO2 l'idrogenazione deve affrontare una difficoltà significativa derivante dalle tendenze intrinseche alla riduzione e all'aggregazione dei centri attivi a base di Cu, in particolare alle temperature operative elevate.
Questa propensione alla riduzione e all'aggregazione potrebbe potenzialmente portare a particelle di Cu più grandi, diminuendo di conseguenza la CO2 attività di idrogenazione e porta alla generazione di sottoprodotti indesiderati di CO. Di conseguenza, ciò rappresenta un notevole ostacolo al raggiungimento simultaneo dell'elevata attività catalitica e della selettività del metanolo desiderate, che sono vantaggiose per le applicazioni industriali su larga scala.
Per affrontare queste sfide, il gruppo di ricerca guidato dal professor Hai-Long Jiang dell'Università di Scienza e Tecnologia della Cina (USTC) ha proposto una nuova strategia volta a immobilizzare e stabilizzare i siti di Cu a singolo atomo all'interno di una struttura metallo-organica. catalizzatore creando il Na + microambiente decorato nelle immediate vicinanze. Il lavoro è pubblicato sulla rivista National Science Review .
Attraverso approfondite indagini di calcolo sperimentali e teoriche, hanno scoperto l'importanza di Na + -microambiente decorato attorno ai siti di Cu a singolo atomo. Questo microambiente gioca un ruolo cruciale nel mantenere la dispersione atomica dei siti di Cu durante la CO2 processo di idrogenazione, anche ad alte temperature fino a 275°C, attraverso l'interazione elettrostatica tra Na + e H δ- specie.
Questo eccezionale effetto di stabilizzazione dei siti di Cu a singolo atomo ha dotato il catalizzatore di eccellente CO2 attività di idrogenazione (306 g·kgcat -1 ·h -1 ), elevata selettività al metanolo (93%) e stabilità a lungo termine, superando di gran lunga la sua controparte priva della presenza di Na + .
Questo lavoro non solo fa avanzare lo sviluppo di catalizzatori a base di Cu per CO2 selettivo idrogenazione in metanolo, ma introduce anche una strategia efficace per fabbricare siti stabili a singolo atomo nella catalisi avanzata creando microambienti decorati con alcali nelle immediate vicinanze.
Ulteriori informazioni: Li-Li Ling et al, Promozione dell'idrogenazione della CO2 in metanolo su siti di Cu a singolo atomo con microambiente decorato con Na+, National Science Review (2024). DOI:10.1093/nsr/nwae114
Fornito da Science China Press
