Et spring mod kulstofneutralitet:Ny katalysator omdanner kuldioxid til methanol

Forskere ved University of Michigan har udviklet et katalysatormateriale kendt som koboltphthalocyanin, der omdanner kuldioxid – en væsentlig drivkraft bag klimaændringer – til vedvarende brændstoffer såsom methanol.

Udgivet i tidsskriftet ACS Catalysis , U-M-forskere undersøgte at bruge koboltphthalocyanin som en katalysator til at omdanne kuldioxid til methanol gennem flere reaktionstrin. Det første trin omdanner kuldioxid (CO₂). ) til carbonmonoxid (CO), og det andet trin omdanner CO til methanol.

Denne tilgang præsenterer en bæredygtig metode til at reducere drivhusgasemissioner og samtidig tilbyde en mulighed for at producere ren energi.

Forskere har længe forsøgt at finde en måde at kemisk omdanne CO₂ til brændstoffer som methanol. Methanol kan potentielt bruges til at drive køretøjer på en mere miljøvenlig måde.

Mens konverteringen af ​​CO₂ methanol er blevet industrialiseret, og det har vist sig at være en betydelig udfordring at opnå denne transformation i stor skala gennem elektrokemiske processer.

"Vores tilgang er unik, fordi vi er i stand til at bringe og bygge bro over al denne viden, som hvert felt har om det samme problem. Vi har forskere og ingeniører inden for ét team, der brainstormer og samler indsigt for at designe og forstå systemet på den bedst mulige måde ," sagde co-primær forfatter Kevin Rivera-Cruz, som for nylig modtog en doktorgrad i kemi fra U-M.

Koboltphthalocyanin fungerer som en molekylær krog for CO₂ eller CO-molekyler. Arrangementet af disse molekyler omkring koboltmetallet (geometrien) er afgørende, fordi det bestemmer, hvor stærkt hvert gasmolekyle binder. Problemet, fandt de, er, at cobaltphthalocyanin binder sig meget stærkere til CO₂ molekyler end til CO-molekyler. På grund af dette, når CO er produceret i det første trin, fortrænges CO af en anden CO₂ molekyle, før det yderligere kan omdannes til methanol.

Ved hjælp af avanceret beregningsmodellering beregnede forskerne, at cobaltphthalocyanin binder CO₂ over tre gange tættere, end det binder kulilte. De bekræftede også dette gennem eksperimenter, der målte reaktionshastigheder ved variation af mængderne af CO₂ og CO.

Forskerne viste, at forskellen i bindingsaffinitet har at gøre med, hvordan katalysatorens elektroner interagerer med CO₂ og CO-molekyler. For at løse dette problem foreslår forskerne at redesigne koboltphthalocyanin-katalysatoren for at styrke, hvordan den interagerer med CO og mindske, hvor stærkt den binder til CO₂ .

Løsning af denne vejspærring kan bane vejen for at bruge katalysatorer som koboltphthalocyanin til effektivt at omdanne CO₂ affald til methanolbrændstof i stor skala.

Flere oplysninger: Libo Yao et al., Elektrokemisk CO₂ Reduktion til methanol med koboltphthalocyanin:Kvantificering af CO₂ og CO-bindingsstyrker og deres indflydelse på methanolproduktion, ACS-katalyse (2023). DOI:10.1021/acscatal.3c04957

Journaloplysninger: ACS-katalyse

Leveret af University of Michigan