Forskare från University of Tsukuba och samarbetspartners har experimentellt mätt hydrering av metalladsorberat format. Denna utveckling kommer att underlätta praktisk omvandling av koldioxidföroreningar till metanolbränsle. Kredit:University of Tsukuba
Koldioxidföroreningar fortsätter att förändra det globala klimatet. Forskare vet hur man lokaliserar sådan förorening, även på regional basis och nästan i realtid. Som en del av en lösning på koldioxidföroreningar fokuserar många studier på hur man omvandlar denna förorening till ett bränsle, till exempel metanol. Kopparbaserade katalysatorer är ett verktyg för sådana omvandlingar. Att förstå motsvarande steg-för-steg-kemi är avgörande för att optimera omvandlingen av koldioxidföroreningar till metanolbränsle. Men detaljerna i denna kemi förblir oklara; experiment behövs för att testa hypoteser som för närvarande är baserade på datorsimuleringar.
Nu, i en studie som nyligen publicerades i Journal of the American Chemical Society forskare från University of Tsukuba och samarbetspartners har experimentellt mätt hydrering av kopparadsorberat format. Den här studien kommer att hjälpa forskare att optimera kritiska steg i den ovannämnda förorening-till-bränsleprocessen och på så sätt påskynda metanolproduktionen.
"Hydrogenering av koldioxid till metanol är en potentiell nyckelteknologi för att producera bränsle och kemiska råvaror, men att optimera reaktionen är fortfarande svårt", förklarar Dr. Kotaro Takeyasu, senior författare. "Det beror på att det är svårt att experimentellt upptäcka kemiska intermediärer i reaktionsmekanismen steg för steg."
Infraröd reflektionsabsorptionsspektroskopi och temperaturprogrammerad desorption var avgörande för att erhålla två huvudfynd. För det första, vid en temperatur av 200 Kelvin, motsvarade exponering för atomärt väte hydrering av adsorberat formiat. Den exakta kemiska naturen hos produkten är ännu inte klarlagd. Det visade sig också att, vid en temperatur av 250 Kelvin, bröts det hydrerade formiatet ned till adsorberat formiat eller gasformig formaldehyd, i ett förhållande på 96:4.
"På grundval av vårt experimentella och beräkningsarbete är aktiveringsenergin för hydreringen av adsorberat format cirka 121 kilojoule per mol", säger Dr Takeyasu. "Våra resultat överensstämmer med rapporterade resultat från metanolsyntesstudier."
Koppar-zinklegeringar är särskilt vanliga i denna arbetslinje. Forskargruppen undersöker för närvarande hur aktiveringsenergierna som redovisas i denna studie jämförs med särskilt användbara katalytiska legeringar, som också kräver experimentella och beräkningsmässiga undersökningar.
Resultaten av denna studie kommer att hjälpa forskare att optimera metanolproduktion från koldioxid. Sådant arbete kommer att bidra till att omvandla en atmosfärisk förorening till bränsle för fordon och kemiska råvaror för industrin. Det ger ett sätt att tillföra mervärde till koldioxid, som vanligtvis anses vara avfall. Genom att optimera hydreringsreaktionen som beskrivs här kan forskare ha ett nytt verktyg för att maximalt använda begränsade resurser. + Utforska vidare
