Figura 1. Reciclaje de dióxido de carbono:concepto innovador de catálisis por plasma. Se utilizó un reactor de descarga de barrera dieléctrica de lecho fluidizado para la hidrogenación de CO2 sobre Pd2 Ga/SiO2 . Crédito:Revista de la Sociedad Química Estadounidense
El plasma no térmico (NTP) se utiliza para activar el CO2 moléculas para la hidrogenación en combustibles alternativos a bajas temperaturas, permitiendo también la conversión de electricidad renovable en energía química. Investigadores de Tokyo Tech combinaron métodos experimentales y computacionales para investigar la vía de hidrogenación del CO2 promovido por NTP en la superficie de Pd2 Ga/SiO2 catalizadores. Los conocimientos mecánicos de su estudio pueden ayudar a mejorar la eficiencia de la hidrogenación catalítica de CO2 y permite a los ingenieros diseñar catalizadores de nuevos conceptos.
El cambio climático acelerado por el exceso de CO2 Las emisiones han sido una gran preocupación en los últimos años. Para hacer frente a este problema, tecnologías que no solo pueden reducir y eliminar el exceso de CO2 Se están desarrollando emisiones, sino también transformarlas en productos químicos de valor añadido. Uno de estos métodos es la hidrogenación de CO2 usando hidrógeno renovable para producir combustibles alternativos.
A lo largo de los años se han desarrollado diferentes estrategias para mejorar el CO2 hidrogenación en presencia de catalizadores metálicos. El más prometedor entre ellos es el plasma no térmico (NTP). Favorece la hidrogenación del CO2 más allá del límite termodinámico incluso a bajas temperaturas sin desactivar los catalizadores metálicos, que son vulnerables a temperaturas más altas. A pesar de la creciente popularidad de esta técnica, las interacciones entre las especies activadas por NTP y los catalizadores metálicos aún no se comprenden bien.
Crédito:Profesor Tomohiro Nozaki del Instituto de Tecnología de Tokio
Un equipo de investigadores del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech), Japón, dirigido por el Prof. Tomohiro Nozaki, ideó un estudio para superar esta brecha en la comprensión. En su reciente avance, publicado en el Journal of the American Chemical Society , los investigadores revelaron la dinámica de reacción del CO2 asistido por NTP hidrogenación en la superficie de Pd2 Ga/SiO2 catalizadores de aleación que conducen a la formación de formato.
"Se han propuesto mecanismos de reacción como Eley-Rideal o la vía E-R para explicar la eficiencia del CO2 la conversión a temperaturas más bajas y la energía de activación para esta reacción disminuye drásticamente. Además, NTP produce una gran cantidad de CO2 activado por vibración. que es la clave para mejorar el CO2 conversión más allá del equilibrio térmico", explica el profesor Nozaki.
El equipo investigó las reacciones entre el CO2 activado por NTP y Pd2 Ga/SiO2 catalizadores de aleación en un reactor de descarga de barrera dieléctrica de lecho fluidizado (Figura 1 y videos) y los comparó con la catálisis térmica convencional. Los resultados revelaron que el CO2 la conversión en formiato fue más del doble en el caso de la hidrogenación asistida por NTP en comparación con la conversión térmica. Para establecer aún más la mecánica de la conversión mencionada, los científicos adoptaron el análisis espectroscópico in situ y los cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT).
The results revealed that the NTP activation gave rise to vibrationally excited CO2 molecules that directly react with hydrogen atoms adsorbed by the Pd sites on the catalyst via the E-R pathway. One of the O atoms from the reacted species then got adsorbed at the neighboring Ga site resulting in the formation of monodentate-formate or m-HCOO. The DFT calculations also deduced a decomposition pathway for the same m-HCOO species.
This experimental-theoretical study showed that NTP can promote CO2 hydrogenation to limits those conventional thermal methods can hardly reach. It also provided mechanistic insights into NTP activated CO2 and catalyst interaction, which can be utilized to develop better catalysts and improve the hydrogenation process. "With our research, we wanted to accelerate the waste to wealth initiative. Capturing CO2 and using it as feedstock for synthesis of fuels and valuable chemicals will not only help us deal with climate problem but also slow down fossil fuel depletion to some extent," concludes Prof. Nozaki. + Explore further
