Figur illustrerar en Cu-yta täckt med en liten mängd Zn undersökt med fotoelektronspektroskopi under reaktion av CO2, CO och H2 till metanol. Kredit:Stockholms universitet
Forskare vid Stockholms universitet har för första gången kunnat studera ytan på en koppar-zinkkatalysator när koldioxid reduceras till metanol. Resultaten publiceras i den vetenskapliga tidskriften Science . En bättre kunskap om den katalytiska processen och möjligheten att hitta ännu effektivare material öppnar dörren för en grön omställning inom den kemiska industrin.
Metanol är idag en av de viktigaste petrokemiska baskemikalierna, med en årlig produktion på 110 miljoner ton, och kan omvandlas till tiotusentals olika produkter och användas för tillverkning av till exempel plast, rengöringsmedel, läkemedel och bränslen. . Metanol har också potential att bli en framtida energibärare där till exempel flygbränsle kan produceras med hjälp av infångad koldioxid och väte från elektrolys av vatten istället för att använda naturgas. En framtida grön omvandling av den kemiska industrin, liknande den med grönt stål, där vind- eller solenergi driver elektrolytiska celler är därför en möjlighet.
"Utmaningen har varit att experimentellt undersöka katalysatorytan med ytkänsliga metoder under verkliga reaktionsförhållanden vid relativt höga tryck och temperaturer. De förhållandena har under många år inte varit möjliga att uppnå och olika hypoteser om att zink är tillgängligt som oxid, metall eller i legering. med koppar uppstod men kunde inte entydigt verifieras”, säger Anders Nilsson, professor i kemisk fysik vid Stockholms universitet.
"Det är fantastiskt att vi har kunnat belysa detta komplexa ämne om metanolbildning över koppar-zinkkatalysator efter många års ansträngning", säger Peter Amann, första författare till publikationen.
– Det speciella är att vi har byggt ett fotoelektronspektroskopiinstrument i Stockholm som möjliggör studier av katalysatorytor under höga tryck och därigenom direkt kunnat observera vad som händer när reaktionen sker, säger David Degerman, Ph.D. student i kemisk fysik vid Stockholms universitet. "Vi har öppnat en ny dörr till katalys med vårt nya instrument."
"Vi har lyckats använda vårt instrument för att visa att zink är legerat med koppar precis vid ytan och detta ger speciella atomära platser där metanol skapas från koldioxid", säger Chris Goodwin, forskare i kemisk fysik vid Stockholms universitet. "Under industriella processer blandas en liten mängd kolmonoxid in, vilket förhindrar bildning av zinkoxid från koldioxid."
"Att ha vårt Stockholmsinstrument vid en av de ljusaste röntgenkällorna i världen vid PETRA III i Hamburg har varit avgörande för att genomföra studien", säger Patrick Lömker, postdoc vid Stockholms universitet. "Vi kan nu föreställa oss framtiden med ännu ljusare källor när maskinen uppgraderar till PETRA IV."
"Vi har nu verktygen att bedriva forskning som leder till möjliga andra katalysatormaterial som kan användas bättre för att passa ihop med elektrolysproducerat väte för den gröna omställningen av den kemiska industrin, som idag är helt fossilbaserad och står för 8% av de globala koldioxidutsläppen, säger Anders Nilsson. + Utforska vidare
