Le catalyseur en trois parties aide à transformer l’excès de CO2 en éthanol utilisable

Catalyst fait progresser la conversion du dioxyde de carbone en éthanol

Pointage de crédit : Brookhaven National Lab / Journal de l’American Chemical Culture (DOI : 10. 1021/jacs. 1c03940)

Développements d’études sur les catalyseurs Conversion du dioxyde de carbone en éthanol

La combinaison du concept et de l’expérience montre comment un pilote en trois parties aide à transformer le CO supplémentaire deux en éthanol utilisable.

Une coopération internationale de scientifiques a fait un pas important vers la réalisation de la technologie presque « verte » à zéro carbone net qui convertira efficacement le dioxyde de carbone, un important gaz à effet de serre, ainsi que l’hydrogène en éthanol, qui est utile en tant que carburant et a un certain nombre d’autres applications chimiques. La recherche rapporte une « feuille de route » pour naviguer avec succès dans cette réponse difficile et fournit une image de la série complète de réactions en utilisant une modélisation théorique et une représentation expérimentale.

Dirigé avec le laboratoire national de Brookhaven de la Division of Energy des États-Unis (DOE), le groupe a déterminé que le fait de réunir le césium, le minerai de cuivre et l’oxyde de zinc dans une configuration à contact étroit catalyse une voie de réaction chimique qui modifie le dioxyde de carbone (CO 2 ) en éthanol (C 2 H six O). De plus, ils ont découvert pourquoi cette interface en trois parties fonctionne. L’étude, à laquelle il est fait référence dans un article du 23 juillet 2021, édition en ligne du Journal de l’American Chemical Substance Society et est présenté autour de la couverture de la publication, peut conduire à une étude plus approfondie sur la façon de créer une invite industrielle pratique pour transformer sélectivement le CO deux directement dans l’éthanol. De telles procédures conduiront à des systèmes capables de recycler 2 émis par la combustion et les transformer en produits chimiques utiles ou en sources d’énergie.

Ping Liu, José Rodriguez, Xuelong Wang et Wenjie Liao

(De gauche à droite) Les chercheurs du laboratoire Brookhaven Ping Liu, Jose Rodriguez, ainsi que Xuelong Wang et Wenjie Liao via l’université ou le collège de Stony Brook devant le bâtiment de biochimie de Brookhaven. Pedro Ramirez de l’Universidad Main de Venezuela a en outre travaillé sur l’étude (bien sûr pas sur la photo). Crédit : Laboratoire national de Brookhaven

Aucun des trois composants examinés dans l’étude n’est capable de catalyser indépendamment l’ENTREPRISE 2 conversion en éthanol, ils ne le peuvent pas non plus en ensembles. Mais lorsque le trio est amené collectivement dans un certain contexte, la région où ces personnes se rencontrent ouvre une toute nouvelle voie pour la formation de liaisons carbone-carbone qui rend la conversion associée au CO deux afin d’éthanol possible. L’élément principal de ceci est l’interaction bien réglée entre les sites d’oxyde de césium, de cuivre et de zinc.

« Il y a eu beaucoup de travaux sur la transformation du dioxyde de carbone en méthanol, mais l’éthanol présente de nombreux avantages par rapport au méthanol. Étant un carburant, l’éthanol peut être plus sûr et plus puissant. Mais sa synthèse est extrêmement difficile en raison de la difficulté de la réaction ainsi que de la difficulté de gérer le développement des liaisons CC », a déclaré le spécialiste correspondant de l’étude, le chimiste de Brookhaven Ping Liu. « Nous savons maintenant quel type de paramètres est nécessaire pour améliorer le changement et les rôles que chaque composant joue tout au long de la réaction. C’est une énorme percée. ”

L’interface sera formée en ajoutant de minuscules quantités de minerai de cuivre et de césium sur une surface associée à de l’oxyde de zinc. Pour analyser les régions dans lesquelles les trois matériaux satisfont, le groupe s’est tourné vers une bonne technique de rayons X connue sous le nom de spectroscopie de photoémission aux rayons X, qui a démontré une modification probable du système de réaction pour le CO. 2 hydrogénation lors de l’ajout de césium. Des informations supplémentaires ont été révélées en utilisant deux approches théoriques largement utilisées : les calculs de la « théorie utile de la densité », la technique de modélisation informatique pour étudier les constructions des matériaux, ainsi que la « simulation cinétique de Monte Carlo », la simulation par ordinateur personnel pour reproduire la cinétique de réaction. Avec ce travail, le groupe a utilisé les ressources informatiques du Middle for Functional Nanomaterials de Brookhaven et du National Energy Research Medical Computing Center du Lawrence Berkeley National Laboratory, chaque bureau du DOE étant associé aux services des utilisateurs scientifiques.

L’une des choses que ces personnes ont apprises de la modélisation est que le césium est vraiment un composant vital du système actif particulier. Sans sa présence, l’éthanol ne peut pas être fabriqué. De plus, une bonne coordination avec l’oxyde de cuivre et de zinc est également essentielle. Mais il y a beaucoup plus à apprendre.

« Il y a de nombreux défis à surmonter avant d’arriver à un procédé industriel qui peut transformer le co2 en éthanol utilisable », a déclaré le chimiste de Brookhaven José Rodriguez, qui a participé aux travaux. « Par exemple, il doit y avoir un moyen précis d’améliorer la sélectivité envers la création d’éthanol. Une question clé serait de comprendre le lien entre la nature de l’invite et le système de réaction ; cette étude est généralement à l’avant-plan de cet effort. Nous avons visé une connaissance fondamentale du processus. ”

Un autre objectif du domaine de recherche est d’obtenir un catalyseur idéal uniquement pour le CO deux transformation en alcools « supérieurs », qui ont deux atomes de co2 ou plus (l’éthanol en fournit deux) et sont, par conséquent, plus utiles et souhaitables pour les applications commerciales et la fabrication de produits de base. Le catalyseur examiné dans ce travail est certainement avantageux car les catalyseurs à base de minerai de cuivre et d’oxyde de zinc sont déjà populaires dans le secteur chimique et utilisés dans les processus catalytiques tels que la synthèse du méthanol de COMPANY 2 .

Les experts ont prévu des études de suivi à Brookhaven’s National Synchrotron Source of light II, également une installation d’utilisateurs du DOE Office of Technology, qui fournit une suite unique associée à des outils et des processus pour la caractérisation associée aux catalyseurs dans des conditions de fonctionnement. Là, ils vont étudier plus en détail le programme Cu-Cs-ZnO et les catalyseurs utilisant une composition différente.

Référence: ” Sites Web actifs induits par le césium pour le couplage C-C et l’activité éthanol du CO 2 Hydrogenation on Cu/ZnO(0001̅) Surfaces » par Xuelong Wang, Pedro L. Ramírez, Wenjie Liao, José A. Rodriguez et Ping Liu, 23 juillet 2021 , Journal de la société chimique des États-Unis .
DOI : 10. 1021/jac. 1c03940

Cette étude particulière a été menée par des scientifiques du Brookhaven National Lab (Xuelong Wang, Jose Rodriguez, Ping Liu), de l’Universidad Main de Venezuela (Pedro Ramirez) et de l’Université Stony Brook (Wenjie Liao).

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