Gennemgang af teknologier, der øger potentialet for kuldioxidkonvertering til nyttige produkter

Den overdrevne udledning af drivhusgasser, især kuldioxid, hæver hurtigt den gennemsnitlige globale temperatur. At fange kuldioxiden og omdanne den til nyttige brændstoffer og kemikalier kan være en ideel måde at reducere kuldioxidkoncentrationen og lette dette alvorlige miljøproblem.

Blandt de teknologier, der lover kuldioxidomdannelsen, er hydrogeneringen af ​​kuldioxid. Interessen er stor, fordi brint er en grøn og bæredygtig energi, som kontinuerligt kan produceres. I arbejdet med at fremme teknologien har forskellige forskere testet en række katalysatorer til kuldioxidhydrogenering, men der er stadig udfordringer med at anvende disse katalysatorer i industrielle omgivelser. Metal-organiske rammer baseret katalysatorer tilbyder et alternativ til traditionelle katalysatorer til disse teknologier. Forskerholdet har således systematisk gennemgået metal-organiske rammer baseret på katalysatorer til selektiv hydrogenering af kuldioxid med et mål om at udvikle katalysatorer, der har et stort potentiale i fremtidige anvendelser af kuldioxidhydrogenering.

Holdet offentliggjorde deres resultater i Nano Research .

Opsamling af kuldioxid er blevet en vigtig måde at lette de negative påvirkninger, det har på miljøet. Men når først kuldioxiden er fanget, står forskerne så over for udfordringen med, hvad de skal gøre med den opfangede kuldioxid, fordi der tidligere ikke har været industriel anvendelse af så stor en mængde kuldioxid. Ved at vide, at naturlig carbonhydrering har produceret fossile energikilder, såsom olie, kul og naturgas, under fotosyntesen, har forskere fastslået, at syntetisk carbondioxidhydrering rummer et stort potentiale som en metode til at genbruge den opfangede carbondioxid.

Men det har været en udfordring at finde den rigtige katalysator til hydrogenering af kuldioxid, fordi traditionelle katalysatorer kræver en høj temperatur for at omdanne kuldioxiden. Disse barske varmeforhold øger kulstofemissionerne og forårsager hurtig sintring af de aktive stoffer. Og den begrænsede katalytiske aktivitet og selektivitet til hydrogenering af kuldioxid på traditionelle katalysatorer begrænser stadig udviklingen i industrimiljøet. Forskerne ønskede at konstruere nye katalysatorer til hydrogenering af kuldioxid med den højere katalytiske ydeevne under de mildere forhold, især for at undgå den høje temperatur.

Forskerne vendte deres opmærksomhed mod metal-organiske rammebaserede katalysatorer. De metalorganiske rammer, en klasse af krystallinske materialer, kan udgøre en ideel platform til at konstruere nye katalysatorer til carbondioxidhydrogenering under milde forhold. De metalorganiske rammer giver fordelen ved at være justerbare rammer med veldefinerede porer, der fremmer konstruktionen af ​​forskellige katalytiske steder. Disse katalytiske strukturer kan bruges mod forskellige produkter, såsom kulilte, methan, myresyre, methanol og C₂₊ Produkter. I deres forskning gennemførte holdet en detaljeret, systematisk gennemgang af en række metal-organiske skeletbaserede katalysatorer til potentiel brug i den selektive hydrogenering af kuldioxid.

Selvom der er gjort store fremskridt med at udvikle metal-organiske rammebaserede katalysatorer, bemærker forskerne, at der stadig er flere udfordringer. Mere dybdegående forskning er nødvendig for at løse disse problemer. I lyset af fremtidig forskning inden for metal-organiske rammebaserede katalysatorer fremsætter forskerne fire anbefalinger til mulige fremtidige undersøgelser.

For det første antyder de, at mere omfattende design og nøjagtig syntese er nødvendig for at konstruere grænsefladestrukturerne i de metalorganiske rammer. Dernæst foreslår forskerne, at kuldioxidomdannelsen ved lave temperaturer kan forbedres ved at indføre funktionelle steder inden for de metalorganiske rammer for at hjælpe med aktiveringen af ​​kuldioxiden. Deres tredje anbefaling er, at der er behov for mere dybdegående design af katalytiske steder inden for de metalorganiske rammer for at reducere afhængigheden af ​​målproduktselektivitet af metallers iboende egenskaber. Deres endelige anbefaling er at udvikle højtryks in situ karakteriseringsteknologier, såsom højtryks in situ røntgenabsorptionsspektroskopi, røntgendiffraktionsanalyse og Ramanspektroskopi, for at karakterisere den dynamiske strukturelle ændring af metal-organiske skeletbaserede katalysatorer under kulstof dioxidhydrogenering ved højt tryk.

"Vi håber, at vores diskussion om metal-organiske skeletbaserede katalysatorer til selektiv hydrogenering af kuldioxid kan give nogle indsigter til at udvikle de aktiverede katalysatorer til at opnå høj aktivitet, fremragende selektivitet og god stabilitet. Vi mener, at metalorganiske skeletbaserede katalysatorer har de store udviklingsmuligheder og anvendelsespotentiale i kuldioxidhydrogenering under milde forhold i fremtiden," sagde Guodong Li, professor ved National Center for Nanoscience and Technology. + Udforsk yderligere

Opdagelse af en ny katalysator til højaktiv og selektiv carbondioxidhydrogenering til methanol