En la etapa crítica del aterrizaje del objetivo de "doble carbono", cómo convertir el "gas de efecto invernadero" CO2 en metanol de alto valor siempre ha sido un tema candente en la comunidad científica. ¡Recientemente, el equipo de investigación de la Universidad de Zhejiang y el laboratorio daqingshan de Mongolia Interior llegó una buena noticia: el catalizador CU - ZNo / nbic @ nbo₅ desarrollado por ellos sorprendió en la reacción de Hidrogenación de CO2 a metanol, no solo con un rendimiento de metanol de hasta 247 mg / (gcat · h), sino también una selectividad del 74,3%, y el rendimiento de 60h en funcionamiento continuo casi no disminuyó! Este resultado proporciona una nueva solución para el reciclaje de los recursos de carbono, y las ideas de investigación relevantes merecen atención.

Cuando se trata de la Hidrogenación de CO2 al metanol, primero se pensará en el catalizador tradicional cu / ZNo / al ₃ O. Aunque este tipo de catalizadores se han aplicado inicialmente durante mucho tiempo, siempre han habido dos problemas fatales: uno es que las partículas de cobre son fáciles de aglomerar y el ZNo es fácil de aglomerar a altas temperaturas, lo que resulta en una vida útil corta; En segundo lugar, la selectividad del metanol siempre no puede subir y es difícil cumplir con los altos requisitos industriales.

Investigador del equipo: "el al₃ o ₃ en los catalizadores tradicionales, como promotor, tiene una capacidad limitada de anclaje de cobre y zno, y la interacción Metal - portador (smsi) es fácil de envolver excesivamente el sitio activo, lo que afecta la eficiencia catalítica. "Para romper esta limitación, el equipo se centró en el nuevo material de los incendios de los últimos años, mxene.

Mxene es una clase de carburo metálico de transición bidimensional / nitruro, con la fórmula general m, en la que el "sitio m" (sitio metálico de transición insaturado) tiene una alta difusión de materiales de carbono y una reducibilidad de óxidos metálicos, que no sólo regula la estructura de los metales cargados, sino que también mejora la adsorción de gases de moléculas pequeñas. Esta vez, el equipo seleccionó nbic mxene para convertirse en el "esqueleto central" del catalizador gracias a su estructura intercalar única y sitios de NB insaturados.

El avance clave en la investigación es que el equipo utilizó hábilmente la "interacción electrón - Metal - portador (emsi)" entre nbic y cobre. ¡Los cálculos de la fotoelectrónica de rayos X (xps) y la teoría funcional de densidad (dft) confirman que los sitios de NB insaturados en nbic transfieren electrones a las especies de cobre, convirtiendo la superficie de cobre en un "estado de electrones ricos", ¡ y este es precisamente el "código clave" para la activación de CO ¡ c!

"La superficie de cobre rica en electrones puede 'agarrar' más fácilmente las moléculas de co2, mientras que el sitio NB también puede promover la adsorción y disociación de H. "A través de los experimentos de reducción programada de temperatura de hidrógeno (h¿ tpr) y desorción programada de temperatura (tpd), se descubrió que la NB c @ NB o (formación de oxidación parcial de la NB c) no solo conserva una fuerte capacidad de adsorción de h¿ y co2, sino que también puede inhibir eficazmente la desorción de co mediante una fuerte adsorción de Co *, guiando la reacción hacia la generación de metanol.

Lo que es más digno de mención es que el equipo encontró la mejor proporción regulando la proporción de cobre: zinc: nbic IC - 4: 2: 10. En este momento, el catalizador forma una estructura de interfaz estable de cobre - zinc - nb, que no sólo garantiza la dispersión de las nanopartículas de cobre, sino que también fortalece la acción emsi, logrando un equilibrio entre "actividad" y "selectividad".

Para averiguar cómo el CO2 se convirtió en metanol paso a paso, el equipo utilizóTecnología de espectro de energíaiCAN 5000Espectrómetro infrarrojo de transformación de Ft de grado de investigación tipo ISe llevó a cabo un experimento drifts in situ de alta presión. En condiciones de reacción reales de 3mpa y 120 - 240 ° c, se capturó con éxito la "trayectoria dinámica" de los intermediarios clave:

· a 120 ° c, se detectaron señales de hoco * (1652cm 1, 1540cm 1) y co * (2077cm 1, 2057cm 1), lo que indica que el co se traduce primero en hoco *, y luego se disuelve en Co *;

· a 200 ° c, la señal H ₃ Co * (981cm 1, 1051cm 1) aumentó, lo que demuestra que el co * comenzó a transformarse en precursor de metanol;

•240℃ 时，H₃COSeñal sin detectar hcoo al mismo tiempo(formiato) pico característico, que confirma directamente que la reacción sigue la ruta "rwgs (conversión de gas de agua inversa) + Hidrogenación de co", en lugar de la ruta tradicional del formiato.

"Este descubrimiento ha encontrado la comprensión anterior de la ruta de reacción de algunos catalizadores a base de cobre, proporcionando una dirección clara para el diseño posterior de catalizadores. ",

El rendimiento aplasta catalizadores similares, y la aplicación industrial está a la vuelta de la esquina.

En condiciones de reacción de 240 ° C y 3 mpa, el rendimiento de este catalizador de cobre - ZNo / NB c @ NB o ₅ se puede llamar ":

• La tasa de producción de metanol es de 247 mg / (gcat · h), superando con creces la mayoría de los catalizadores reportados a base de cobre;

• La selectividad del metanol es del 74,3%, lo que inhibe eficazmente la co - generación de subproductos;

• Funcionamiento continuo durante 60 horas, la conversión de co2, la selectividad del metanol y la tasa de producción apenas fluctuaron, y la estabilidad estructural se llenó.

En comparación con los catalizadores tradicionales de cobre / ZNo / al ₃ o, este nuevo catalizador no solo resuelve los puntos dolorosos de "corta vida útil y baja selectividad", sino que también deja un gran espacio para la optimización posterior del rendimiento con la ayuda de la controlabilidad de los materiales mxene. "A continuación, planeamos fortalecer aún más la interacción electrónica entre el sitio NB y el cobre, explorar el rendimiento de reacción a mayor presión y temperatura, y avanzar hacia aplicaciones industriales. ",

(este artículo se refiere a los resultados de la investigación relevante del equipo de la Universidad de zhejiang. los datos básicos y el análisis de mecanismos del texto original han sido verificados por experimentos rigurosos. si necesita una comprensión profunda, puede consultar el texto original o contactar con el equipo para obtener información de apoyo).

El espectrómetro infrarrojo de transformación de FFT mencionado en el estudio es un espectro infrarrojo de transformación de FFT de grado de investigación ican5000 producido por la tecnología de espectro de energía de tianjin:

• Interferómetro: la tecnología de Interferómetro Maglev con función de ajuste automático de control láser tridimensional y control de colimación dinámica de escaneo de alta velocidad garantiza una alta estabilidad y precisión de la detección a largo plazo, sin desviación espectral y distorsión. Buena fiabilidad, estabilidad y rendimiento antiinterferencia;

• Sistema óptico: todos utilizan espejos de oro, utilizan cajas de mesa óptica de aleación completa secas y cerradas, y las ventanas selladas de transmisión infrarroja equipadas con recubrimiento antiinflamatorio conducen y atraen a la población, con alta estabilidad y propiedades secas y a prueba de humedad. La plataforma óptica y el almacén de muestras están diseñados por separado de forma independiente, y el almacén de muestras súper grande puede ampliar diversas aplicaciones de análisis y pruebas infrarrojas.

• Detector: dlatgs de alta sensibilidad opcional, MCT de refrigeración electrónica, MCT de refrigeración de nitrógeno líquido, etc.

• Láser de Estado sólido: rendimiento estable y vida útil de más de 10 años

• Fuente de luz: fuente de luz importada de alto rendimiento y larga vida útil, la fuente de luz tiene una función de hibernación automática.