O metanol é um dos produtos químicos básicos mais importantes usados, por exemplo, para produzir plásticos ou materiais de construção. Para tornar o processo de produção ainda mais eficiente, seria útil saber mais sobre o catalisador de cobre / óxido de zinco / óxido de alumínio implantado na produção de metanol. A data, Contudo, não foi possível analisar a estrutura de sua superfície em condições de reação. Uma equipe da Ruhr-Universität Bochum (RUB) e do Instituto Max Planck para Conversão de Energia Química (MPI CEC) agora conseguiu obter insights sobre a estrutura de seu site ativo. Os pesquisadores descrevem suas descobertas no jornal Nature Communications .

Em um primeiro, a equipe mostrou que o componente de zinco do sítio ativo é carregado positivamente e que o catalisador tem até dois sítios ativos à base de cobre. "O estado do componente de zinco no sítio ativo tem sido objeto de discussão controversa desde que o catalisador foi introduzido na década de 1960. Com base em nossos resultados, agora podemos derivar várias ideias sobre como otimizar o catalisador no futuro, "descreve o professor Martin Muhler, Chefe do Departamento de Química Industrial da RUB e Max Planck Fellow do MPI CEC. Para o projeto, ele colaborou com o pesquisador baseado em Bochum, Dr. Daniel Laudenschleger, e com o pesquisador baseado em Mülheim, Dr. Holger Ruland.

Produção sustentável de metanol

O estudo foi incorporado ao projeto Carbon-2-Chem, cujo objetivo é reduzir o CO ₂ emissões pelo uso de gases metalúrgicos produzidos durante a produção de aço para a fabricação de produtos químicos. Em combinação com hidrogênio produzido eletroliticamente, gases metalúrgicos também podem servir como matéria-prima para a síntese sustentável de metanol. Como parte do projeto Carbon-2-Chem, a equipe de pesquisa examinou recentemente como as impurezas em gases metalúrgicos, como são produzidos em plantas de coque ou altos-fornos, afetar o catalisador. Essa pesquisa, em última análise, abriu o caminho para insights sobre a estrutura do site ativo.

Site ativo desativado para análise

Os pesquisadores identificaram moléculas contendo nitrogênio - amônia e aminas - como impurezas que agem como venenos catalisadores. Eles desativaram o catalisador, mas não permanentemente:se as impurezas desaparecerem, o catalisador se recupera sozinho. Usando um aparelho de pesquisa exclusivo desenvolvido internamente, ou seja, um aparelho de fluxo operado continuamente com uma unidade de pulso de alta pressão integrada, os pesquisadores passaram amônia e aminas sobre a superfície do catalisador, desativando temporariamente o site ativo com um componente de zinco. Apesar do componente de zinco estar desativado, outra reação ainda ocorreu no catalisador:a saber, a conversão de eteno em etano. Os pesquisadores detectaram, assim, um segundo site ativo operando em paralelo, que contém cobre metálico, mas não tem um componente de zinco.

Uma vez que a amônia e as aminas estão ligadas a íons metálicos carregados positivamente na superfície, era evidente que o zinco, como parte do site ativo, carrega uma carga positiva.