Tin tức Vũ trụ TV

Hệ thống xúc tác Tandem chuyển đổi carbon dioxide thành metanol một cách hiệu quả

Ngày:
Th7 31, 2020
Tóm lược:

Các nhà hóa học đã sử dụng một hệ thống xúc tác song song để chuyển đổi hiệu quả carbon dioxide thành methanol. Bằng cách đóng gói nhiều chất xúc tác tham gia vào quá trình song song trong vật liệu nano gọi là khung hữu cơ kim loại, nhóm nghiên cứu báo cáo đạt được hiệu suất vượt trội bằng cách loại bỏ sự không tương thích của chất xúc tác. Phương pháp này có thể được áp dụng cho các quá trình xúc tác song song khác, cho phép tiếp cận hiệu quả hơn với nhiên liệu thay thế, hóa chất hàng hóa và các sản phẩm dược phẩm có giá trị.

Share:
CÂU CHUYỆN ĐẦY ĐỦ

Chuyển đổi carbon dioxide thành methanol, một loại nhiên liệu thay thế có khả năng tái tạo mang đến cơ hội đồng thời hình thành một loại nhiên liệu thay thế và cắt giảm lượng khí thải carbon dioxide.

Lấy cảm hứng từ các quá trình xảy ra tự nhiên, một nhóm các nhà hóa học của Đại học Boston đã sử dụng hệ thống đa xúc tác để chuyển đổi carbon dioxide thành metanol ở nhiệt độ thấp nhất được báo cáo với hoạt tính và độ chọn lọc cao, các nhà nghiên cứu đã báo cáo trong một ấn bản trực tuyến gần đây của tạp chí Chem .

Phó giáo sư hóa học của Đại học Boston Jeffery Byers và Frank Tsung, tác giả chính của báo cáo cho biết phát hiện của nhóm nghiên cứu đã được thực hiện bằng cách cài đặt nhiều chất xúc tác trong một hệ thống duy nhất được chế tạo trong một vật liệu tinh thể xốp giống như bọt biển, được gọi là khung kim loại hữu cơ.

Được giữ tại chỗ bởi miếng bọt biển, các chất xúc tác riêng biệt hoạt động hài hòa. Không có sự phân lập của các loài hoạt động xúc tác theo cách này, phản ứng đã không tiến hành và không thu được sản phẩm nào.

Nhóm nghiên cứu đã lấy cảm hứng từ bộ máy sinh học trong các tế bào, sử dụng các phản ứng hóa học đa thành phần với hiệu quả cao.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng phương pháp tách chất xúc tác thông qua hóa học chủ – khách – trong đó một phân tử “khách” được gói gọn trong một vật liệu “vật chủ” để tạo thành một hợp chất hóa học mới – để chuyển đổi carbon dioxide thành metanol. Cách tiếp cận lấy cảm hứng từ các biến đổi xúc tác đa thành phần trong tự nhiên đã chuyển đổi khí nhà kính thành nhiên liệu tái tạo trong khi tránh nhu cầu xúc tác cao đối với một loài.

“Chúng tôi đã thực hiện điều này bằng cách gói gọn một hoặc nhiều chất xúc tác trong khung hữu cơ kim loại và áp dụng cấu trúc máy chủ-khách kết quả trong xúc tác song song với một phức kim loại chuyển tiếp khác”, Tsung chia sẻ.

Nhóm nghiên cứu bao gồm sinh viên tốt nghiệp Thomas M. Rayder và đại học Enric H. Adillon đã đặt ra để xác định liệu họ có thể phát triển một cách tiếp cận để tích hợp các chất xúc tác không tương thích để chuyển đổi carbon dioxide thành metanol ở nhiệt độ thấp và có tính chọn lọc cao hay không.

Các nhà nghiên cứu của Đại học Boston đã sử dụng ba chất xúc tác khác nhau trong một hệ thống để biến đổi, trong ba bước, khí carbon dioxide nhà kính thành metanol, một loại nhiên liệu lỏng đóng vai trò là phương pháp đầy hứa hẹn để lưu trữ hydro. Chất xúc tác đầu tiên chuyển đổi carbon dioxide và hydro thành axit formic, sau đó được sửa đổi bởi chất xúc tác thứ hai để tạo thành este, kết hợp phụ gia rượu và sản xuất nước. Chất xúc tác thứ ba trong hệ thống, thường không tương thích với chất xúc tác đầu tiên, sau đó chuyển đổi este này thành metanol. Nhóm nghiên cứu đã có thể thực hiện phản ứng đa pha này trong một bình phản ứng mặc dù sử dụng hai chất xúc tác không tương thích bằng cách gói một trong một khung xốp cũng đóng vai trò là chất xúc tác thứ hai.
Các nhà nghiên cứu của Đại học Boston đã sử dụng ba chất xúc tác khác nhau trong một hệ thống để biến đổi, trong ba bước, khí carbon dioxide nhà kính thành metanol, một loại nhiên liệu lỏng đóng vai trò là phương pháp đầy hứa hẹn để lưu trữ hydro. Chất xúc tác đầu tiên chuyển đổi carbon dioxide và hydro thành axit formic, sau đó được sửa đổi bởi chất xúc tác thứ hai để tạo thành este, kết hợp phụ gia rượu và sản xuất nước. Chất xúc tác thứ ba trong hệ thống, thường không tương thích với chất xúc tác đầu tiên, sau đó chuyển đổi este này thành metanol. Nhóm nghiên cứu đã có thể thực hiện phản ứng đa pha này trong một bình phản ứng mặc dù sử dụng hai chất xúc tác không tương thích bằng cách gói một trong một khung xốp cũng đóng vai trò là chất xúc tác thứ hai.

Cụ thể, họ muốn tìm hiểu xem có những lợi thế cụ thể nào đối với phương pháp này khi so sánh với tình trạng hiện tại của các hệ thống nghệ thuật để chuyển đổi carbon dioxide dựa trên phức tạp kim loại thành metanol.

Định vị nhiều chất xúc tác phức kim loại chuyển tiếp ở đúng vị trí trong một hệ thống là rất quan trọng đối với phản ứng chuyển đổi. Đồng thời, đóng gói các chất xúc tác này cho phép tái chế trong hệ thống xúc tác đa thành phần.

Những đặc tính này làm cho chất xúc tác đa thành phần xây dựng phù hợp hơn về mặt công nghiệp, có thể mở đường cho nền kinh tế nhiên liệu trung tính carbon.

Ngoài việc đạt được sự cô lập địa điểm bằng cách đóng gói các chất xúc tác, dẫn đến hoạt động của chất xúc tác và khả năng tái chế, nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra tính năng tự xúc tác của chất xúc tác cho phép phản ứng được chạy mà không cần một lượng lớn chất phụ gia. Hầu hết các báo cáo trước đây cho các phản ứng tương tự đều sử dụng một lượng lớn chất phụ gia nhưng cách tiếp cận của nhóm đã tránh được sự cần thiết này và đây là lần đầu tiên sử dụng carbon dioxide trong một phản ứng liên quan đến năng lượng.

Nhóm nghiên cứu có kế hoạch nghiên cứu sâu hơn về tính mô đun của cả phương pháp đóng gói và khung hữu cơ kim loại để hiểu sâu hơn về hệ thống đa thành phần và tối ưu hóa nó hơn nữa, cũng như truy cập phản ứng mới, chưa được khám phá thông qua việc hình thành vật chủ mới xây dựng khách.


Nguồn truyện:

Tài liệu được cung cấp bởi Boston College . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.


Tạp chí tham khảo :

  1. Thomas M. Rayder, Enric H. Adillon, Jeffery A. Byers, Chia-Kuang Tsung. Một hệ thống xúc tác đa thành phần sinh học để chuyển đổi Carbon Dioxide thành Metanol tự động hóa . Hóa , 2020; 6 (7): 1742 DOI: 10.1016 / j.oolpr.2020.04.008

Bài viết liên quan

Bài viết mới