Hidrogenación catalítica de dióxido de carbono (CO ₂ ) es un medio ecológico y sostenible de sintetizar productos químicos básicos como el metanol. Este proceso de conversión es clave para realizar la 'economía del metanol' o crear 'luz solar líquida, 'ambos aspectos de la economía circular. Estudios recientes revelaron el potencial de una familia de óxidos metálicos para catalizar esta reacción. Sin embargo, seguir optimizando su rendimiento catalítico para aplicaciones industriales siguió siendo un gran desafío, principalmente debido a las dificultades relacionadas con el diseño racional y la síntesis controlada de estos catalizadores.

Motivado por tal desafío, un equipo liderado conjuntamente por los Profs. Sun Yuhan, Gao Peng, y Li Shenggang en el Instituto de Investigación Avanzada de Shanghai (SARI) de la Academia de Ciencias de China, informó un caso exitoso de diseño racional guiado por la teoría de óxido de indio (En ₂ O ₃ ) catalizadores para CO ₂ hidrogenación a metanol con alta actividad y selectividad. Los nuevos hallazgos se publicaron en el último número de Avances de la ciencia el 17 de junio.

Diseñar racionalmente en ₂ O ₃ -nanocatalizadores basados ​​en un rendimiento favorable en la síntesis de metanol, Los investigadores llevaron a cabo cálculos extensivos de la teoría funcional de la densidad (DFT) para establecer el mecanismo catalítico de la In ₂ O ₃ catalizador durante CO ₂ hidrogenación a metanol y dióxido de carbono mediante la identificación de rutas preferidas. El modelado computacional identificó la faceta {104} raramente estudiada de hexagonal In ₂ O ₃ como el más favorable para la síntesis de metanol.

Sobre la base de esta predicción teórica, Luego se emplearon varios métodos experimentales para sintetizar En ₂ O ₃ catalizadores en diferentes fases con distintas morfologías.

Curiosamente, uno de los cuatro en ₂ O ₃ Se confirmó que los catalizadores sintetizados de esta manera exponen principalmente las facetas {104} identificadas teóricamente. Este catalizador también exhibió el mejor desempeño en términos de actividad y selectividad, confirmando la predicción DFT. La reacción de síntesis de metanol catalizada por este catalizador es favorable incluso a la temperatura muy alta de 360 ​​° C.

El rendimiento espacio-temporal de metanol alcanzó 10,9 mmol / g / hora a esta temperatura, que superó a todos los catalizadores previamente conocidos para esta reacción, incluyendo reportado previamente en ₂ O ₃ catalizadores basados ​​en cobre y catalizadores basados ​​en Cu bien conocidos.

El en ₂ O ₃ El catalizador descubierto en esta investigación es prometedor como una forma de convertir directamente CO ₂ en metanol para aplicaciones industriales. Además, el descubrimiento de esto en ₂ O ₃ El catalizador promoverá el desarrollo adicional de catalizadores bifuncionales de óxido / zeolita para CO directo ₂ hidrogenación a varios C ₂₊ hidrocarburos (olefinas inferiores, gasolina, aromáticos, etc.) a través del intermedio de metanol. Igual de importante, este descubrimiento también destaca el papel fundamental de la ciencia computacional para ayudar a diseñar catalizadores relevantes para la industria.