راهکار نانویی برای تسهیل تولید متانول از طریق هیدروژناسیون دی‌اکسیدکربن

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو به نقل از ستاد نانو؛ هیدروژناسیون کاتالیزوری دی‌اکسید کربن (CO 2) یک روش سبز و پایدار برای سنتز مواد شیمیایی مانند متانول است. مطالعات اخیر پتانسیل خانواده‌ای از اکسید‌های فلزی را برای کاتالیز کردن این واکنش نشان داده است. با این حال، بهینه‌سازی عملکرد کاتالیستی آنها برای کاربرد‌های صنعتی به دلیل مشکلات مربوط به طراحی منطقی و سنتز کنترل شده این کاتالیست‌ها، یک چالش بزرگ برای محققان بوده است.

تیمی در مؤسسه تحقیقات پیشرفته شانگهای (SARI) یک مورد موفقیت‌آمیز از طراحی منطقی کاتالیزور‌های اکسید ایندیم (In 2 O 3) برای هیدروژناسیون CO 2 به متانول با فعالیت و گزینش‌پذیری بالا گزارش کردند.

برای طراحی منطقی نانوکاتالیست‌های مبتنی بر In 2 O 3 با عملکرد مطلوب سنتز متانول، محققان محاسبات DFT گسترده‌ای را برای ایجاد مکانیسم کاتالیزوری کاتالیزور In 2 O 3 در طول هیدروژناسیون CO 2 به متانول و دی‌اکسید کربن با شناسایی مسیر‌های ترجیحی انجام دادند. مدل‌سازی محاسباتی صفحات {104} از In 2 O 3 شش‌ضلعی را به عنوان مطلوب‌ترین صفحه بلوری برای سنتز متانول شناسایی کرد.

بر اساس این پیش‌بینی نظری، چندین روش تجربی برای سنتز کاتالیزور‌های In 2 O 3 در مراحل مختلف با مورفولوژی‌های متمایز مورد استفاده قرار گرفت.

یکی از کاتالیست‌های In 2 O 3 سنتز شده بیشترین صفحات {104} را نشان داد. این کاتالیست همچنین بهترین عملکرد را از نظر فعالیت و گزینش‌پذیری نشان داد که پیش‌بینی DFT را تأیید می‌کند. واکنش سنتز متانول کاتالیز شده توسط این کاتالیست حتی در دمای بسیار بالا یعنی 360 درجه سانتی‌گراد نیز مطلوب است.

بازده متانول در این دما به 10.9 میلی‌مول بر گرم در ساعت رسید که از همه کاتالیست‌های شناخته شده قبلی برای این واکنش، از جمله کاتالیست‌های مبتنی بر In 2 O 3 و کاتالیست‌های شناخته شده مبتنی بر مس، پیشی گرفت.

کاتالیست In 2 O 3 کشف شده در این تحقیق به عنوان راهی برای تبدیل مستقیم CO 2 به متانول برای کاربرد‌های صنعتی محسوب می‌شود. این پژوهش همچنین نقش محوری علم محاسبات را در کمک به طراحی کاتالیست‌های صنعتی نشان می‌دهد