Catalisadores de nanopartículas convertem dióxido de carbono em monóxido de carbono para produzir compostos úteis
A imagem à esquerda representa β-Mo2 Nanopartículas C suportadas em SiO2 (β-Mo2 C/SiO2 ). O gráfico à direita representa o aumento da atividade catalítica de β-Mo2 C/SiO2 na taxa de produção de CO na reação RWGS em comparação com β-Mo em massa2 C, representado pela barra preta. Cada barra representa uma porcentagem diferente de Mo2 Peso de carregamento C baseado na massa do SiO2 apoiar. A atividade catalítica para estes dados foi medida a 400°C. Crédito:Carbon Future, Tsinghua University Press Como gás de efeito estufa, o dióxido de carbono (CO
2 ) contribui para as alterações climáticas à medida que se acumula na atmosfera. Uma maneira de reduzir a quantidade de CO
2 indesejado na atmosfera é converter o gás em um produto de carbono útil que pode ser usado para gerar compostos valiosos.
Um estudo recente anexou nanopartículas de carboneto de molibdênio em fase beta (β-Mo2 C) catalisadores em dióxido de silício (SiO2 ) suporte para acelerar a conversão de CO2 em gás monóxido de carbono (CO) mais útil.
CO2 é uma molécula muito estável, o que torna um desafio a conversão do gás de efeito estufa em outras moléculas. Os catalisadores podem ser usados em reações químicas para diminuir a quantidade de energia necessária para formar ou quebrar ligações químicas e são usados na reação reversa de mudança de gás de água (RWGS) para converter CO2 e gás hidrogênio (H2 ) em CO e água (H2 Ó).
É importante ressaltar que o gás CO produzido pela reação é chamado de gás de síntese, ou gás de síntese, quando combinado com H2 e pode ser usado como fonte de carbono para criar outros compostos importantes.
Os catalisadores tradicionais na reação RWGS são feitos de metais preciosos, incluindo platina (Pt), paládio (Pd) e ouro (Au), limitando a eficiência de custos da reação. Por causa disso, novos materiais catalisadores e métodos de formação são desenvolvidos para aumentar a praticidade da reação RWGS como meio de reduzir o CO atmosférico. e geração de gás de síntese.
A fim de abordar as questões de custo dos catalisadores RWGS tradicionais, uma equipe de pesquisadores da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign estudou a formação e a atividade catalítica de nanopartículas mais baratas β-Mo2 Catalisadores C em SiO2 suporte para determinar se o catalisador de baixo custo poderia aumentar os níveis de atividade de β-Mo2 C com suporte de óxido de sílica na reação RWGS.
A equipe publicou seu estudo no Carbon Future em 30 de abril.
"A sociedade está a caminhar para uma economia neutra em carbono. O dióxido de carbono é um gás com efeito de estufa, portanto, qualquer tecnologia que possa quebrar a ligação do óxido de carbono nesta molécula e transformar o carbono num produto químico de valor acrescentado poderia ser de grande interesse.
"Um importante produto químico C1 é o monóxido de carbono, que é uma matéria-prima essencial para produzir uma gama de produtos, como combustíveis sintéticos e vitamina A", disse Hong Yang, professor titular da Alkire no Departamento de Engenharia Química e Biomolecular da Universidade de Illinois. em Urbana-Champaign e autor sênior do artigo.
Especificamente, os pesquisadores sintetizaram β-Mo2 Catalisadores de nanopartículas C absorvidos por um SiO2 suporte (β-Mo2 C/SiO2 ). A estrutura amorfa do SiO2 o suporte foi crítico para a formação de nanopartículas, atividade e estabilidade do β-Mo2 C/SiO2 catalisador.
A equipe testou adicionalmente óxidos de césio (Ce), magnésio (Mg), titânio (Ti) e alumínio (Al) como suportes potenciais, mas catalisadores em SiO2 produziu a melhor formação de catalisador na temperatura de 650°C.
"Parece que a natureza desordenada da sílica amorfa, que se comporta como cola para nanopartículas catalisadoras, é um fator chave do nosso sucesso em alcançar alta carga metálica e a correspondente alta atividade", disse Siying Yu, estudante de pós-graduação no Departamento de Química e Biomolecular. Engenharia da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign e coautor do artigo.
É importante ressaltar que o SiO2 estrutura de suporte do catalisador melhora a atividade catalítica de β-Mo2 C 8 vezes em comparação com β-Mo em massa2 C. Mesmo com atividade catalítica melhorada, o β-Mo2 C/SiO2 o catalisador demonstrou alta conversão de CO e maior estabilidade em comparação com β-Mo a granel2 C nas reações RWGS.
"Uma grande descoberta do nosso trabalho é um novo processo para produzir catalisadores de alta carga metálica feitos de nanopartículas de carboneto de molibdênio. Esses catalisadores de carboneto metálico são desenvolvidos para converter dióxido de carbono em óxido de carbono com alta taxa de produção e seletividade", disse Andrew Kuhn, ex- estudante de pós-graduação no Departamento de Engenharia Química e Biomolecular da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign e primeiro autor do artigo.
Os pesquisadores realizaram seu estudo sob condições de reação que favoreceram a conversão em gás CO, com um H2 :CO2 proporção igual a 1:1. Esta proporção difere da proporção mais comumente testada de menos de 3:1.
As reações também foram realizadas em temperaturas entre 300 a 600°C. Nessas condições, a equipe produziu CO mais concentrado, que é mais eficiente para a síntese de compostos downstream.
A equipa vê esta investigação como um ponto de lançamento para outros catalisadores que alavancam estruturas de apoio para aumentar a atividade. "Nossa capacidade de sintetizar nanomateriais de carboneto metálico de fase pura em alta carga abre a porta para o desenvolvimento de novos catalisadores para o processo de CO2 utilização", disse Yang.
"Espero que, através do estudo aprofundado da relação síntese-estrutura-propriedade deste catalisador, possamos em breve descobrir novas aplicações importantes para a conversão de valor agregado de CO2 e o desenvolvimento sustentável da nossa economia."
Outros colaboradores incluem Rachel Park, Di Gao e Cheng Zhang do Departamento de Engenharia Química e Biomolecular da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign em Urbana, Illinois; e Yuanhui Zhang, do Departamento de Engenharia Agrícola e Biológica da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign.
