Med de väldefinierade retikulära ramverken och den flexibla modifierbarheten kan metallorganiska ramverk (MOF) vara den idealiska plattformen för att konstruera de aktiverade katalysatorerna för koldioxidhydrering med förbättring av katalytisk aktivitet och exakt kontroll av selektivitet. Kredit:Tsinghua University Press
De alltför stora utsläppen av växthusgaser, särskilt koldioxid, höjer snabbt den globala genomsnittstemperaturen. Att fånga upp koldioxiden och omvandla den till användbara bränslen och kemikalier kan vara ett idealiskt sätt att minska koldioxidkoncentrationen och lindra detta allvarliga miljöproblem.
Bland de teknologier som lovar koldioxidomvandling är hydreringen av koldioxid. Intresset är stort eftersom väte är en grön och hållbar energi som kontinuerligt kan produceras. I arbetet med att utveckla tekniken har olika forskare testat en rad katalysatorer för koldioxidhydrering, men det finns fortfarande utmaningar med att tillämpa dessa katalysatorer i industriella miljöer. Metallorganiska ramverksbaserade katalysatorer erbjuder ett alternativ till traditionella katalysatorer för dessa teknologier. Således har teamet av forskare systematiskt granskat metall-organiska ramverksbaserade katalysatorer för selektiv hydrogenering av koldioxid med målet att utveckla katalysatorer som har stor potential i framtida tillämpningar av koldioxidhydrering.
Teamet publicerade sina resultat i Nano Research .
Att fånga upp koldioxid har blivit ett viktigt sätt att lindra de negativa effekterna på miljön. Men när väl koldioxiden är fångad står forskarna inför utmaningen vad de ska göra med den infångade koldioxiden eftersom det tidigare inte har funnits industriell användning för en så stor volym koldioxid. Med vetskapen om att naturlig kolhydrering har producerat fossila energikällor, såsom olja, kol och naturgas, under fotosyntes, har forskare fastställt att syntetisk koldioxidhydrering har stor potential som en metod för att återanvända den infångade koldioxiden.
Men att hitta rätt katalysator att använda vid hydrogenering av koldioxid har varit en utmaning eftersom traditionella katalysatorer kräver en hög temperatur för att omvandla koldioxiden. Dessa hårda värmeförhållanden ökar kolutsläppen och orsakar snabb sintring av de aktiva ämnena. Och den begränsade katalytiska aktiviteten och selektiviteten för hydrering av koldioxid på traditionella katalysatorer begränsar fortfarande utvecklingen inom industrimiljön. Forskarna ville konstruera nya katalysatorer för hydrering av koldioxid med högre katalytisk prestanda under mildare förhållanden, särskilt för att undvika den höga temperaturen.
Forskarna riktade sin uppmärksamhet mot metallorganiska ramverksbaserade katalysatorer. De metallorganiska ramverken, en klass av kristallina material, kan utgöra en idealisk plattform för att konstruera nya katalysatorer för koldioxidhydrering under milda förhållanden. De metallorganiska ramverken erbjuder fördelen av att vara avstämbara ramverk med väldefinierade porer som uppmuntrar konstruktionen av olika katalytiska platser. Dessa katalytiska strukturer kan användas mot olika produkter, såsom kolmonoxid, metan, myrsyra, metanol och C2+ Produkter. I sin forskning genomförde teamet en detaljerad, systematisk genomgång av en mängd olika metallorganiska ramverksbaserade katalysatorer för potentiell användning vid selektiv hydrogenering av koldioxid.
Även om stora framsteg har gjorts med att utveckla metallorganiska ramverksbaserade katalysatorer, noterar forskarna att flera utmaningar kvarstår. Mer djupgående forskning behövs för att ta itu med dessa frågor. Inför framtida forskning inom området för metallorganiska ramverksbaserade katalysatorer ger forskarna fyra rekommendationer för möjliga framtida studier.
För det första föreslår de att mer omfattande design och noggrann syntes behövs för att konstruera gränssnittsstrukturerna i de metallorganiska ramverken. Därefter föreslår forskarna att koldioxidomvandlingen vid låga temperaturer kan förbättras genom att introducera funktionella platser inom metall-organiska ramverk för att hjälpa till med aktiveringen av koldioxiden. Deras tredje rekommendation är att mer djupgående design av katalytiska platser inom metall-organiska ramverk behövs för att minska beroendet av målproduktselektivitet på metallernas inneboende egenskaper. Deras slutliga rekommendation är att utveckla högtrycks-in situ-karakteriseringsteknologier, såsom högtrycks-in-situ röntgenabsorptionsspektroskopi, röntgendiffraktionsanalys och Raman-spektroskopi, för att karakterisera den dynamiska strukturella förändringen av metallorganiska ramverksbaserade katalysatorer under kol dioxidhydrering vid högt tryck.
"Vi hoppas att vår diskussion om metallorganiska ramverksbaserade katalysatorer för selektiv hydrogenering av koldioxid kan ge några insikter för att utveckla de aktiverade katalysatorerna för att uppnå hög aktivitet, utmärkt selektivitet och god stabilitet. Vi tror att metallorganiska ramverksbaserade katalysatorer har de stora utvecklingsmöjligheterna och tillämpningspotentialen inom koldioxidhydrering under milda förhållanden i framtiden", säger Guodong Li, professor vid National Center for Nanoscience and Technology. + Utforska vidare
