Methanolsyntese:Indblik i strukturen af ​​en gådefuld katalysator

Metanol er en af ​​de vigtigste basiskemikalier, der bruges, for eksempel, at producere plast eller byggematerialer. For at gøre produktionsprocessen endnu mere effektiv, det ville være nyttigt at vide mere om kobber/zinkoxid/aluminiumoxidkatalysatoren, der blev anvendt i methanolproduktion. Til dato, imidlertid, det har ikke været muligt at analysere overfladens struktur under reaktionsbetingelser. Et team fra Ruhr-Universität Bochum (RUB) og Max Planck Institute for Chemical Energy Conversion (MPI CEC) er nu lykkedes med at få indsigt i strukturen af ​​sit aktive sted. Forskerne beskriver deres fund i tidsskriftet Naturkommunikation .

I det første, teamet viste, at zinkkomponenten i det aktive sted er positivt ladet, og at katalysatoren har op til to kobberbaserede aktive steder. "Zinkkomponentens tilstand på det aktive sted har været genstand for kontroversielle diskussioner, siden katalysatoren blev introduceret i 1960'erne. Baseret på vores resultater, vi kan nu udlede mange ideer til, hvordan vi i fremtiden kan optimere katalysatoren, "skitserer professor Martin Muhler, Leder af Institut for Industriel Kemi på RUB og Max Planck Fellow ved MPI CEC. Til projektet, han samarbejdede med Bochum-baserede forsker Dr. Daniel Laudenschleger og Mülheim-baserede forsker Dr. Holger Ruland.

Bæredygtig methanolproduktion

Undersøgelsen var integreret i Carbon-2-Chem-projektet, hvis formål er at reducere CO ₂ emissioner ved anvendelse af metallurgiske gasser, der produceres under stålproduktion til fremstilling af kemikalier. I kombination med elektrolytisk produceret brint, metallurgiske gasser kunne også tjene som udgangsmateriale til bæredygtig methanolsyntese. Som en del af Carbon-2-Chem projektet, forskergruppen undersøgte for nylig, hvordan urenheder i metallurgiske gasser, som fremstilles i koksanlæg eller højovne, påvirke katalysatoren. Denne forskning banede i sidste ende vejen for indsigt i strukturen af ​​det aktive sted.

Aktivt websted deaktiveret til analyse

Forskerne havde identificeret nitrogenholdige molekyler-ammoniak og aminer-som urenheder, der fungerer som katalysatorgifte. De deaktiverede katalysatoren, men ikke permanent:hvis urenhederne forsvinder, katalysatoren genopretter af sig selv. Ved hjælp af et unikt forskningsapparat, der blev udviklet internt, dvs. et kontinuerligt betjent strømningsapparat med en integreret højtryksimpulsenhed, forskerne passerede ammoniak og aminer over katalysatoroverfladen, midlertidigt deaktivering af det aktive sted med en zinkkomponent. På trods af at zinkkomponenten er deaktiveret, en anden reaktion fandt stadig sted på katalysatoren:nemlig omdannelse af ethen til ethan. Forskerne opdagede således et andet aktivt sted, der opererede parallelt, som indeholder metallisk kobber, men ikke har en zinkkomponent.

Da ammoniak og aminerne er bundet til positivt ladede metalioner på overfladen, det var tydeligt, at zink, som en del af det aktive websted, bærer en positiv ladning.