Katalytisk hydrogenering af kuldioxid til methanol

Effektiv omdannelse af CO ₂ er strategisk vigtig for at afhjælpe energikrisen og nå målet om CO2-neutralitet. En lovende omdannelsesvej er hydrogeneringen af ​​CO ₂ til methanol ved hjælp af en vedvarende energibaseret "grøn brint"-kilde.

Traditionelle metaloxidkatalysatorer til denne reaktion kræver typisk en høj temperatur (> 300 ^o C), som har tendens til at fremme uønskede omvendte vand-gasskift (RWGS) sidereaktioner, producerer således en stor mængde CO som biprodukt.

Introduktion af overgangsmetalkomponenter på metaloxider kan fremme aktiveringen af ​​H ₂ , hvorved reaktionstemperaturen reduceres, men dette letter også overdreven hydrogenering af CO ₂ til CH ₄ , fører til nedsat methanolselektivitet. Yderligere forbedring af ydeevnen af ​​konventionelle metal/metaloxid-katalysatorer til lavtemperatur-CO ₂ hydrogenering til methanol er stærkt begrænset af afvejningen mellem deres aktivitet og selektivitet.

For nylig, en gruppe ledet af prof. Deng Dehui fra Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) fra det kinesiske videnskabsakademi (CAS), i samarbejde med prof. Wang Ye fra Xiamen University, opnået for første gang lavtemperatur højeffektiv hydrogenering af CO ₂ til methanol, med et langt arbejdsliv over svovlfri stillingsrige fålags MoS ₂ , samt bemærkelsesværdigt højere aktivitet og selektivitet end den kommercielle Cu/ZnO/Al ₂ O ₃ katalysator.

Deres arbejde, som blev udgivet i Naturkatalyse , åbner op for en ny måde for omdannelse af CO ₂ med lavt energiforbrug og høj effektivitet.

De fandt ud af, at den svovl ledige plads-rige få-lags MoS ₂ kunne aktivere og diss samtidigt ^o Ciate CO ₂ og H ₂ ved lave temperaturer og endda ved stuetemperatur, derved lette lavtemperaturhydrogeneringen af ​​CO ₂ til methanol med høj aktivitet og selektivitet.

Ud over, de fandt, at RWGS reaktion og overdreven hydrogenering af methanol til CH ₄ blev effektivt undertrykt. Ved 180 ^o C, 94,3% methanol-selektivitet for en CO ₂ omdannelse på 12,5% blev opnået i forhold til katalysatoren; dette resultat var bedre end det opnåede med den kommercielle Cu/ZnO/Al ₂ O ₃ katalysator og tidligere rapporterede katalysatorer.

Aktiviteten og selektiviteten blev konstant opretholdt i over 3000 timer over MoS ₂ katalysator, gør det til en lovende kandidat til industrielle anvendelser. In situ karakteriseringer kombineret med teoretiske beregninger viste, at svovl ledige pladser i flyet på MoS ₂ var de aktive centre for at katalysere den meget selektive hydrogenering af CO ₂ til methanol.

"Dette arbejde afslører potentialet for ledige stillinger i fly i todimensionelle materialer til katalyse og giver en ny strategi for udvikling af nye katalysatorer til brug i CO ₂ hydrogenering" sagde prof. Deng.