Dans la phase critique de l'atterrissage de l'objectif « double carbone», comment transformer le co₂ « gaz à effet de serre» en méthanol de haute valeur a été un sujet populaire dans la communauté scientifique. Récemment, l'équipe de recherche de l'Université de Zhejiang en Mongolie intérieure en collaboration avec le laboratoire de Daqingshan a reçu de bonnes nouvelles - ils ont développé le catalyseur Cu - ZnO / nb₂c @ nb₂o₅, dans la réaction d'hydrométhanol co₂, a montré des performances étonnantes, non seulement le rendement en méthanol jusqu'à 247 mg / (gcat ・h), la sélectivité est plus de 74,3%, la performance de fonctionnement continu 60h presque aucune atténuation! Ce résultat offre des solutions entièrement nouvelles pour le recyclage des ressources en carbone, et les idées de recherche pertinentes méritent une attention particulière.

En ce qui concerne l'hydrogénométhanol de co₂, on pense tout d'abord aux catalyseurs traditionnels Cu / ZnO / al₂o₃. Bien que ce type de catalyseur ait été appliqué depuis longtemps, il y a toujours eu deux problèmes mortels: premièrement, les particules de Cu à haute température sont facilement agglomérées et le ZnO est facilement fritté, ce qui entraîne une courte durée de vie; Deuxièmement, la sélectivité en méthanol ne va pas toujours, il est difficile de répondre aux exigences élevées de l'industrie.

Les chercheurs de l'équipe: « al₂o₃ dans les catalyseurs traditionnels en tant qu'adjuvant a une capacité d'ancrage limitée au cu et au ZnO, et l'interaction métal - support (SMSI) est susceptible de surcharger le site actif, affectant plutôt l'efficacité catalytique. Pour dépasser cette limite, l'équipe s'est tournée vers un nouveau matériau, le mxene, qui a été utilisé dans les incendies de ces dernières années.

Les mxenes sont une classe de carbures / nitrures bidimensionnels de métaux de transition de formule générale mₙ₊₁ xₙtₓ, dont les « sites m » (sites de métaux de transition insaturés) combinent la haute diffusivité des matériaux carbonés et la réductibilité des oxydes métalliques, à la fois pour réguler la structure du métal supporté et pour améliorer l'adsorption des gaz à petites molécules. Cette équipe a choisi nb₂c mxene, qui est devenu le « squelette central» du catalyseur grâce à sa structure inter - couches unique et à ses sites NB insaturés.

La percée clé de l'étude réside dans l'utilisation intelligente par l'équipe de l'interaction métal - porteur électronique (Emsi) entre nb₂c et cu. Confirmé par des calculs de spectroscopie photoélectronique aux rayons X (XPS) et de théorie fonctionnelle de la densité (DFT): les sites NB insaturés dans nb₂c transfèrent des électrons aux espèces Cu, permettant à la surface du cu de devenir un « état riche en électrons» – et c’est précisément le « Code clé» de l’activation du co₂!

« la surface riche en électrons du Cu « saisit » plus facilement les molécules de co₂, tandis que le site NB favorise l’adsorption et la dissociation du h₂. Les expériences de réduction par réchauffement programmé à l'hydrogène (h₂ - TPR) et de désorption par réchauffement programmé (TPD) ont montré que nb₂c @ nb₂o₅ (formation d'oxydation partielle de nb₂c) conservait non seulement une forte capacité d'adsorption de h₂, co₂, mais aussi, grâce à une forte adsorption de co *, inhibait efficacement la désorption de Co, guidant la réaction vers la production de méthanol.

Plus important encore, l’équipe a trouvé le meilleur rapport – 4: 2: 10 – en régulant le rapport Cu: Zn: nb₂c. Le catalyseur forme alors une structure d'interface Cu - Zn - NB stable qui garantit à la fois la dispersibilité des nanoparticules de Cu et renforce l'action de l'Emsi, réalisant un équilibre entre "activité" et "sélectivité".

Pour comprendre comment le co₂ se transforme en méthanol étape par étape, l'équipe a utiliséTechnologie spectraleiCAN 5000Spectromètre infrarouge à transformée de Fourier de type rechercheDes expériences DRIFTS in situ à haute pression ont été menées. Dans des conditions de réaction réelles de 3 MPa, 120 - 240 ° C, la « trajectoire dynamique» des intermédiaires clés a été capturée avec succès:

• À 120 ° C, les signaux hoco * (1652 cm⁻¹, 1540 cm⁻¹) et co * (2077 cm⁻¹, 2057 cm⁻¹) sont détectés, indiquant que le co₂ est d'abord converti en hoco * puis dissocié en co *;

• À 200 ° C, le signal h₃co * (981cm⁻¹, 1051cm⁻¹) est renforcé, ce qui prouve que le co * commence à se convertir en précurseur de méthanol;

•240℃ 时，H₃COSignal, alors que hcoo n'est pas détectéPic caractéristique (Formiate), confirmant directement que la réaction suit le chemin "rwgs (Reverse water gas transformation) + Co Hydrogen" plutôt que le chemin traditionnel du formiate.

« cette découverte met en évidence les perceptions antérieures des voies de réaction d'une partie du catalyseur à base de Cu, fournissant une orientation claire pour la conception ultérieure du catalyseur. « et

Performance broyage de catalyseurs similaires, applications industrielles à portée de main

Ce catalyseur Cu - ZnO / nb₂c @ nb₂o₅ présente des performances dignes de "", à 240°C et 3 MPa:

• rendement en méthanol de 247 mg / (gcat · h), bien supérieur à la plupart des catalyseurs à base de Cu rapportés;

• sélectivité en méthanol de 74,3%, inhibition efficace de la production de co sous - produit;

• fonctionnement continu pendant 60h, conversion du co₂, sélectivité en méthanol et rendement pratiquement sans fluctuations, stabilité structurelle pleine.

Contrairement aux catalyseurs traditionnels Cu / ZnO / al₂o₃, ce nouveau catalyseur ne résout pas seulement les points douloureux de « courte durée de vie et de faible sélectivité», mais laisse également une grande place à l'optimisation ultérieure des performances grâce à la modulabilité du matériau mxene. « Nous prévoyons de renforcer davantage l'interaction électronique du site NB avec le Cu, en explorant les propriétés réactives à des pressions plus élevées et à des températures plus élevées, ce qui le conduira à des applications industrialisées. « et

(cet article fait référence aux résultats de recherche pertinents de l'équipe de l'Université de Zhejiang, les données de base et l'analyse mécanique de l'original ont été vérifiées par des expériences rigoureuses, si vous avez besoin d'une compréhension approfondie de l'original ou de contacter l'équipe pour obtenir des informations de soutien.)

Le spectromètre infrarouge à transformée de Fourier mentionné dans l'étude est un spectromètre infrarouge à transformée de Fourier de qualité de recherche ican5000 utilisant la technologie de spectroscopie énergétique de Tianjin:

• Interféromètre: réglage entièrement automatique avec contrôle laser 3D et fonction de contrôle de collimation dynamique à balayage à grande vitesse la technologie d'interféromètre à flotteur magnétique garantit une grande stabilité et précision de la détection à long terme, sans déviation spectrale et sans distorsion. Bonne fiabilité, stabilité et résistance aux interférences;

• Système optique: Tout en utilisant le miroir d'or, en utilisant le boîtier de table optique en alliage entièrement fermé et sec, le chemin optique mène et dirige la population équipée d'un revêtement anti - nébulisation avec une feuille de fenêtre étanche à transmission infrarouge, avec une haute stabilité et une résistance à l'humidité sèche. La table optique et le magasin d'échantillons utilisent une conception de séparation indépendante, le magasin d'échantillons surdimensionné peut étendre diverses applications de détection d'analyse infrarouge.

• Détecteur: dlatgs haute sensibilité en option, MCT de réfrigération électronique, MCT de réfrigération à l'azote liquide, etc.

• Laser à l'état solide: performance stable, durée de vie de plus de 10 ans

• Source lumineuse: haute performance importée, longue durée de vie de la source lumineuse, la source lumineuse a la fonction d'hibernation automatique.