Новый катализатор превращает углекислый газ в метанол

Исследователи из Мичиганского университета разработали каталитический материал, известный как фталоцианин кобальта, который преобразует углекислый газ — важный фактор изменения климата — в возобновляемые виды топлива, такие как метанол.

Опубликовано в журнале АКС-катализИсследователи из UM изучали использование фталоцианина кобальта в качестве катализатора для преобразования углекислого газа в метанол посредством нескольких стадий реакции. На первом этапе преобразуется углекислый газ (CO₂) в окись углерода (CO), а на втором этапе CO преобразуется в метанол.

Этот подход представляет собой устойчивый метод сокращения выбросов парниковых газов, одновременно предлагая возможности для производства экологически чистой энергии.

Ученые давно пытались найти способ химического преобразования CO.₂ в топливо, такое как метанол. Метанол потенциально может быть использован для привода транспортных средств более экологически чистым способом.

В то время как конверсия CO₂ в метанол был промышленно развит, достижение этого преобразования в больших масштабах с помощью электрохимических процессов оказалось серьезной проблемой.

«Наш подход уникален, потому что мы можем объединить все эти знания, которые есть в каждой области по одной и той же проблеме. У нас есть ученые и инженеры в одной команде, которые проводят мозговой штурм и собирают идеи, чтобы спроектировать и понять систему наилучшим образом. », — сказал соавтор Кевин Ривера-Круз, который недавно получил докторскую степень по химии в UM.

Фталоцианин кобальта действует как молекулярный крючок для CO.₂ или молекулы CO. Расположение этих молекул вокруг металлического кобальта (геометрия) имеет решающее значение, поскольку оно определяет, насколько сильно связывается каждая молекула газа. Проблема, как они обнаружили, заключается в том, что фталоцианин кобальта гораздо сильнее связывается с CO.₂ молекулам, чем молекулам CO. Из-за этого, как только CO образуется на первом этапе, CO заменяется другим CO.₂ молекулу, прежде чем она сможет быть преобразована в метанол.

Используя передовое компьютерное моделирование, исследователи подсчитали, что фталоцианин кобальта связывает CO.₂ более чем в три раза прочнее, чем он связывает окись углерода. Они также подтвердили это посредством экспериментов по измерению скорости реакции при изменении количества CO.₂ и КО.

Исследователи показали, что разница в сродстве связывания связана с тем, как электроны катализатора взаимодействуют с CO.₂ и молекулы СО. Чтобы решить эту проблему, исследователи предлагают изменить конструкцию катализатора на основе фталоцианина кобальта, чтобы усилить его взаимодействие с CO и уменьшить степень его связывания с CO.₂.

Решение этого препятствия может открыть путь к использованию катализаторов, таких как фталоцианин кобальта, для эффективного преобразования CO.₂ отходов в метаноловое топливо в больших масштабах.