Forskere optrævler den aktive fase i katalytisk kuldioxidreduktion til methanol

Forskere ved Stockholm Universitet har for første gang været i stand til at studere overfladen af ​​en kobber-zink-katalysator, når kuldioxid reduceres til methanol. Resultaterne er publiceret i det videnskabelige tidsskrift Science . Et bedre kendskab til den katalytiske proces og muligheden for at finde endnu mere effektive materialer åbner døren for en grøn omstilling i den kemiske industri.

Methanol er i dag et af de vigtigste petrokemiske grundkemikalier med en årlig produktion på 110 millioner tons og kan omdannes til titusindvis af forskellige produkter og bruges til fremstilling af for eksempel plast, rengøringsmidler, lægemidler og brændstoffer . Methanol har også potentiale til at blive en fremtidig energibærer, hvor man for eksempel kan producere flybrændstof ved at bruge opfanget kuldioxid og brint fra elektrolyse af vand i stedet for at bruge naturgas. En fremtidig grøn omstilling af den kemiske industri, i lighed med den med grønt stål, hvor vind- eller solenergi driver elektrolyseceller er derfor en mulighed.

"Udfordringen har været eksperimentelt at undersøge katalysatoroverfladen med overfladefølsomme metoder under reelle reaktionsforhold ved relativt høje tryk og temperaturer. De forhold har i mange år ikke været opnåelige og forskellige hypoteser om zink er tilgængelig som oxid, metallisk eller i legering. med kobber opstod, men kunne ikke entydigt verificeres,« siger Anders Nilsson, professor i kemisk fysik ved Stockholms Universitet.

"Det er fantastisk, at vi har været i stand til at kaste lys over dette komplekse emne om methanoldannelse over kobber-zink-katalysator efter mange års indsats," siger Peter Amann, førsteforfatter til publikationen.

"Det specielle er, at vi har bygget et fotoelektronspektroskopiinstrument i Stockholm, der tillader studier af katalysatoroverflader under høje tryk og derved direkte været i stand til at observere, hvad der sker, når reaktionen finder sted," siger David Degerman, ph.d. studerende i kemisk fysik ved Stockholms Universitet. "Vi har åbnet en ny dør til katalyse med vores nye instrument."

"Det er lykkedes os at bruge vores instrument til at demonstrere, at zink er legeret med kobber lige ved overfladen, og dette giver specielle atomare steder, hvor methanol dannes ud fra kuldioxid," siger Chris Goodwin, forsker i kemisk fysik ved Stockholms universitet. "Under industrielle processer blandes en lille mængde kulilte i, som forhindrer dannelsen af ​​zinkoxid fra kuldioxid."

"At have vores Stockholm-instrument ved en af ​​de lyseste røntgenkilder i verden ved PETRA III i Hamborg har været afgørende for at gennemføre undersøgelsen," siger Patrick Lömker, Postdoc ved Stockholm Universitet. "Vi kan nu forestille os fremtiden med endnu lysere kilder, når maskinen opgraderer til PETRA IV."

"Vi har nu værktøjerne til at udføre forskning, der fører til mulige andre katalysatormaterialer, der kan bruges bedre til at passe sammen med elektrolyseproduceret brint til den grønne omstilling af den kemiske industri, som i dag er fuldstændig fossilbaseret og står for 8 % af den verdensomspændende kuldioxidudledning,« siger Anders Nilsson. + Udforsk yderligere

Methanolsyntese:Indsigt i strukturen af ​​en gådefuld katalysator