Como gas de efecto invernadero, el dióxido de carbono (CO2 ) contribuye al cambio climático ya que se acumula en la atmósfera. Una forma de reducir la cantidad de CO2 no deseado en la atmósfera es convertir el gas en un producto de carbono útil que puede usarse para generar compuestos valiosos.
Un estudio reciente adjuntó nanopartículas de carburo de molibdeno en fase beta (β-Mo2 C) catalizadores sobre dióxido de silicio (SiO2 ) soporte para acelerar la conversión de CO2 en gas monóxido de carbono (CO) más útil.
CO2 Es una molécula muy estable, lo que dificulta la conversión del gas de efecto invernadero en otras moléculas. Los catalizadores se pueden utilizar en reacciones químicas para reducir la cantidad de energía necesaria para formar o romper enlaces químicos y se utilizan en la reacción de desplazamiento inverso de agua y gas (RWGS) para convertir CO2 y gas hidrógeno (H2 ) en CO y agua (H2 O).
Es importante destacar que el gas CO producido por la reacción se denomina gas de síntesis o gas de síntesis cuando se combina con H2. y puede usarse como fuente de carbono para crear otros compuestos importantes.
Los catalizadores tradicionales en la reacción RWGS están hechos de metales preciosos, incluidos platino (Pt), paladio (Pd) y oro (Au), lo que limita la rentabilidad de la reacción. Debido a esto, se desarrollan nuevos materiales catalizadores y métodos de formación para aumentar la practicidad de la reacción RWGS como medio para reducir el CO2 atmosférico. y generar gas de síntesis.
Para abordar los problemas de coste de los catalizadores RWGS tradicionales, un equipo de investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign estudió la formación y actividad catalítica de nanopartículas más baratas β-Mo2 Catalizadores C sobre SiO2 apoyo para determinar si el catalizador de menor costo podría mejorar los niveles de actividad de β-Mo2 C con un soporte de óxido de sílice en la reacción RWGS.
El equipo publicó su estudio en Carbon Future. el 30 de abril.
"La sociedad avanza hacia una economía neutra en carbono. El dióxido de carbono es un gas de efecto invernadero, por lo que cualquier tecnología que pueda romper el enlace de óxido de carbono en esta molécula y convertir el carbono en una sustancia química con valor añadido podría ser de gran interés.
"Un químico C1 importante es el monóxido de carbono, que es una materia prima esencial para producir una variedad de productos, como combustibles sintéticos y vitamina A", dijo Hong Yang, profesor titular de Alkire en el Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular de la Universidad de Illinois. en Urbana-Champaign y autor principal del artículo.
En concreto, los investigadores sintetizaron β-Mo2 Catalizadores de nanopartículas de C absorbidos en SiO2 soporte (β-Mo2 C/SiO2 ). La estructura amorfa del SiO2 El soporte fue fundamental para la formación, actividad y estabilidad de nanopartículas del β-Mo2. C/SiO2 catalizador.
El equipo también probó óxidos de cesio (Ce), magnesio (Mg), titanio (Ti) y aluminio (Al) como soportes potenciales, pero como catalizador en SiO2. produjo la mejor formación de catalizador a una temperatura de 650°C.
"Parece que la naturaleza desordenada de la sílice amorfa, que se comporta como pegamento para las nanopartículas catalíticas, es un factor clave de nuestro éxito en lograr una alta carga de metal y la correspondiente alta actividad", dijo Siying Yu, estudiante de posgrado en el Departamento de Química y Biomolecular. Ingeniería de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign y coautor del artículo.
Es importante destacar que el SiO2 La estructura de soporte del catalizador mejora la actividad catalítica del β-Mo2. C 8 veces mayor que el β-Mo2 a granel C. Incluso con una actividad catalítica mejorada, el β-Mo2 C/SiO2 El catalizador demostró una alta conversión de CO y una mayor estabilidad en comparación con el β-Mo2 a granel. C en reacciones RWGS.
"Un descubrimiento importante de nuestro trabajo es un nuevo proceso para producir catalizadores con alta carga metálica hechos de nanopartículas de carburo de molibdeno. Estos catalizadores de carburo metálico se desarrollan para convertir dióxido de carbono en óxido de carbono con una alta tasa de producción y selectividad", dijo Andrew Kuhn, ex estudiante de posgrado en el Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign y primer autor del artículo.
Los investigadores realizaron su estudio en condiciones de reacción que favorecían la conversión a gas CO, con un H2 :CO2 proporción igual a 1:1. Esta proporción difiere de la proporción probada más comúnmente de menos de 3:1.
Las reacciones también se realizaron a temperaturas entre 300 y 600°C. En estas condiciones, el equipo produjo CO más concentrado, que es más eficiente para la síntesis de compuestos posteriores.
El equipo ve esta investigación como un punto de partida para otros catalizadores que aprovechan las estructuras de apoyo para aumentar la actividad. "Nuestra capacidad para sintetizar nanomateriales de carburo metálico de fase pura con cargas elevadas abre la puerta al desarrollo de nuevos catalizadores para el proceso de CO2 utilización", dijo Yang.
"Espero que a través de un estudio en profundidad de la relación síntesis-estructura-propiedad de este catalizador pronto podamos descubrir nuevas aplicaciones importantes para la conversión de CO2 con valor añadido. y el desarrollo sostenible de nuestra economía."
Otros contribuyentes incluyen a Rachel Park, Di Gao y Cheng Zhang del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign en Urbana, Illinois; y Yuanhui Zhang del Departamento de Ingeniería Agrícola y Biológica de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign.
Más información: Andrew N. Kuhn et al, Valorización del dióxido de carbono en producto C1 mediante una reacción inversa de desplazamiento de gas de agua utilizando carburos de molibdeno soportados por óxido, Carbon Future (2024). DOI:10.26599/CF.2024.9200011
Proporcionado por Tsinghua University Press
