Uno studio recente ha collegato nanoparticelle di carburo di molibdeno in fase beta (β-Mo₂ C) catalizzatori su biossido di silicio (SiO₂ ) supporto per accelerare la conversione di CO₂ nel più utile gas monossido di carbonio (CO).

CO₂ è una molecola molto stabile, il che rende difficile la conversione del gas serra in altre molecole. I catalizzatori possono essere utilizzati nelle reazioni chimiche per ridurre la quantità di energia richiesta per formare o rompere i legami chimici e vengono utilizzati nella reazione di spostamento inverso del gas d'acqua (RWGS) per convertire CO₂ e gas idrogeno (H₂ ) in CO e acqua (H₂ O).

È importante sottolineare che il gas CO prodotto dalla reazione è chiamato syngas, o gas di sintesi, se combinato con H₂ e può essere utilizzato come fonte di carbonio per creare altri composti importanti.

I catalizzatori tradizionali nella reazione RWGS sono costituiti da metalli preziosi, tra cui platino (Pt), palladio (Pd) e oro (Au), limitando l'efficienza in termini di costi della reazione. Per questo motivo, vengono sviluppati nuovi materiali catalitici e metodi di formazione per aumentare la praticità della reazione RWGS come mezzo per ridurre la CO₂ atmosferica. e la generazione di gas di sintesi.

Per affrontare i problemi di costo dei tradizionali catalizzatori RWGS, un team di ricercatori dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign ha studiato la formazione e l'attività catalitica delle più economiche nanoparticelle β-Mo₂ Catalizzatori C su un SiO₂ supporto per determinare se il catalizzatore a basso costo potrebbe migliorare i livelli di attività di β-Mo₂ C con un supporto di ossido di silice nella reazione RWGS.

Il team ha pubblicato il proprio studio su Carbon Future il 30 aprile.

"La società si sta muovendo verso un'economia a zero emissioni di carbonio. L'anidride carbonica è un gas serra, quindi qualsiasi tecnologia in grado di spezzare il legame dell'ossido di carbonio in questa molecola e trasformare il carbonio in una sostanza chimica a valore aggiunto potrebbe essere di grande interesse." P>

"Un'importante sostanza chimica C1 è il monossido di carbonio, che è una materia prima essenziale per produrre una gamma di prodotti, come i combustibili sintetici e la vitamina A", ha affermato Hong Yang, professore alla cattedra di Alkire presso il Dipartimento di ingegneria chimica e biomolecolare dell'Università dell'Illinois. presso Urbana-Champaign e autore senior dell'articolo.

Nello specifico, i ricercatori hanno sintetizzato β-Mo₂ Catalizzatori di nanoparticelle C assorbiti su un SiO₂ supporto (β-Mo₂ C/SiO₂ ). La struttura amorfa del SiO₂ il supporto era fondamentale per la formazione, l'attività e la stabilità delle nanoparticelle del β-Mo₂ C/SiO₂ catalizzatore.

Il team ha inoltre testato gli ossidi di cesio (Ce), magnesio (Mg), titanio (Ti) e alluminio (Al) come potenziali supporti, ma catalizzatori su SiO₂ ha prodotto la migliore formazione di catalizzatore alla temperatura di 650°C.

"Sembra che la natura disordinata della silice amorfa, che si comporta come la colla delle nanoparticelle del catalizzatore, sia un fattore chiave del nostro successo nel raggiungere un elevato carico di metallo e la corrispondente elevata attività", ha affermato Siying Yu, studente laureato presso il Dipartimento di Chimica e Biomolecolare. Engineering presso l'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign e coautore dell'articolo.

È importante sottolineare che il SiO₂ la struttura di supporto del catalizzatore migliora l'attività catalitica del β-Mo₂ C 8 volte rispetto al β-Mo₂ sfuso C. Anche con una migliore attività catalitica, il β-Mo₂ C/SiO₂ il catalizzatore ha dimostrato un'elevata conversione di CO e una maggiore stabilità rispetto al β-Mo₂ sfuso C nelle reazioni RWGS.

"Una delle principali scoperte del nostro lavoro è un nuovo processo per la produzione di catalizzatori ad alto carico di metallo costituiti da nanoparticelle di carburo di molibdeno. Tali catalizzatori di carburo metallico sono sviluppati per convertire l'anidride carbonica in ossido di carbonio ad un tasso di produzione e selettività elevati", ha affermato Andrew Kuhn, ex studente laureato presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica e Biomolecolare dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign e primo autore dell'articolo.

I ricercatori hanno eseguito il loro studio in condizioni di reazione che favorivano la conversione in gas CO, con un H₂ :CO₂ rapporto pari a 1:1. Questo rapporto differisce dal rapporto più comunemente testato inferiore a 3:1.

Le reazioni sono state eseguite anche a temperature comprese tra 300 e 600°C. In queste condizioni, il team ha prodotto CO più concentrata, che è più efficiente per la sintesi del composto a valle.

Il team vede questa ricerca come un punto di lancio per altri catalizzatori che sfruttano le strutture di supporto per aumentare l’attività. "La nostra capacità di sintetizzare nanomateriali di carburo metallico in fase pura ad alto carico apre la porta allo sviluppo di nuovi catalizzatori per il processo di CO₂ utilizzo", ha detto Yang.

"Spero che attraverso uno studio approfondito della relazione sintesi-struttura-proprietà di questo catalizzatore saremo presto in grado di scoprire nuove importanti applicazioni per la conversione a valore aggiunto della CO₂ e lo sviluppo sostenibile della nostra economia."

Altri contributori includono Rachel Park, Di Gao e Cheng Zhang del Dipartimento di Ingegneria Chimica e Biomolecolare dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign a Urbana, Illinois; e Yuanhui Zhang del Dipartimento di ingegneria agraria e biologica dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign.