Catalisadores de óxido de índio eficientes projetados para hidrogenação de CO2 em metanol
p Crédito:Academia Chinesa de Ciências
p Hidrogenação catalítica de dióxido de carbono (CO
2 ) é um meio verde e sustentável de sintetizar commodities químicas, como o metanol. Este processo de conversão é a chave para realizar a 'economia do metanol' ou criar 'luz solar líquida, 'ambos os aspectos da economia circular. Estudos recentes revelaram o potencial de uma família de óxidos de metal para catalisar essa reação. Contudo, otimizar ainda mais seu desempenho catalítico para aplicações industriais permaneceu um grande desafio, principalmente devido às dificuldades relacionadas ao projeto racional e síntese controlada desses catalisadores. p Motivado por tal desafio, uma equipe liderada conjuntamente pelos Profs. Sun Yuhan, Gao Peng, e Li Shenggang no Instituto de Pesquisa Avançada de Xangai (SARI) da Academia Chinesa de Ciências, relatou um caso de sucesso de design racional guiado por teoria de óxido de índio (Em
2 O
3 ) catalisadores para CO
2 hidrogenação a metanol com alta atividade e seletividade. As novas descobertas foram publicadas na última edição da
Avanços da Ciência em 17 de junho.
p Para projetar racionalmente em
2 O
3 à base de nanocatalisadores com desempenho favorável de síntese de metanol, pesquisadores realizaram cálculos de teoria funcional de densidade extensiva (DFT) para estabelecer o mecanismo catalítico do
2 O
3 catalisador durante CO
2 hidrogenação para metanol e dióxido de carbono, identificando as vias preferidas. A modelagem computacional identificou a raramente estudada faceta {104} do hexagonal In
2 O
3 como o mais favorável para a síntese de metanol.
p Com base nesta previsão teórica, vários métodos experimentais foram então empregados para sintetizar
2 O
3 catalisadores em diferentes fases com morfologias distintas.
p Ilustração esquemática do CO mais favorável 2 vias de hidrogenação em diferentes cúbicos (c-In 2 O 3 ) e óxido de índio hexagonal (c-In 2 O 3 ) superfícies. Crédito:SARI
p Interessantemente, um dos quatro em
2 O
3 catalisadores sintetizados desta forma foram confirmados para expor principalmente as facetas {104} teoricamente identificadas. Este catalisador também exibiu o melhor desempenho em termos de atividade e seletividade, confirmando a previsão DFT. A reação de síntese de metanol catalisada por este catalisador é favorável mesmo em temperaturas muito altas de 360 ° C.
p O rendimento espaço-tempo de metanol atingiu 10,9 mmol / g / hora a esta temperatura, que superou todos os catalisadores previamente conhecidos para esta reação, incluindo relatado anteriormente em
2 O
3 à base de catalisadores e bem conhecidos catalisadores à base de Cu.
p The In
2 O
3 catalisador descoberto nesta pesquisa é promissor como uma forma de converter diretamente o CO
2 em metanol para aplicações industriais. Além disso, a descoberta deste em
2 O
3 catalisador irá promover o desenvolvimento de catalisadores bifuncionais de óxido / zeólito para CO direto
2 hidrogenação a vários C
2+ hidrocarbonetos (olefinas inferiores, Gasolina, aromáticos e assim por diante) por meio do intermediário de metanol. Tão importante quanto, esta descoberta também destaca o papel central da ciência computacional em ajudar a projetar catalisadores industrialmente relevantes.
