science >> Wetenschap >  >> Chemie

Methanolsynthese:inzicht in de structuur van een raadselachtige katalysator

Het Carbon-2-Chem-project heeft als doel om uitlaatgassen uit de industrie op een haalbare manier in te zetten. Krediet:RUB, Marquard

Methanol is een van de belangrijkste gebruikte basischemicaliën, bijvoorbeeld, om kunststoffen of bouwmaterialen te produceren. Om het productieproces nog efficiënter te maken, het zou nuttig zijn om meer te weten over de koper/zinkoxide/aluminiumoxide-katalysator die wordt gebruikt bij de productie van methanol. Daten, echter, het was niet mogelijk om de structuur van het oppervlak onder reactieomstandigheden te analyseren. Een team van de Ruhr-Universität Bochum (RUB) en het Max Planck Institute for Chemical Energy Conversion (MPI CEC) is er nu in geslaagd inzicht te krijgen in de structuur van zijn actieve site. De onderzoekers beschrijven hun bevindingen in het tijdschrift Natuurcommunicatie .

In een eerste, het team toonde aan dat de zinkcomponent van de actieve plaats positief geladen is en dat de katalysator maar liefst twee op koper gebaseerde actieve plaatsen heeft. "De toestand van de zinkcomponent op de actieve plaats is het onderwerp van controversiële discussie geweest sinds de katalysator werd geïntroduceerd in de jaren zestig. Op basis van onze bevindingen, we kunnen nu tal van ideeën opdoen over hoe we de katalysator in de toekomst kunnen optimaliseren, " schetst professor Martin Muhler, Hoofd van de afdeling Industriële Chemie bij RUB en Max Planck Fellow bij MPI CEC. Voor het project, hij werkte samen met de in Bochum gevestigde onderzoeker Dr. Daniel Laudenschleger en de in Mülheim gevestigde onderzoeker Dr. Holger Ruland.

Duurzame methanolproductie

De studie was ingebed in het Carbon-2-Chem-project, met als doel CO .-reductie 2 emissies door het gebruik van metallurgische gassen die vrijkomen bij de staalproductie voor de vervaardiging van chemicaliën. In combinatie met elektrolytisch geproduceerde waterstof, metallurgische gassen kunnen ook dienen als uitgangsmateriaal voor duurzame methanolsynthese. Als onderdeel van het Carbon-2-Chem-project, het onderzoeksteam onderzocht onlangs hoe onzuiverheden in metallurgische gassen, zoals geproduceerd in cokesfabrieken of hoogovens, invloed hebben op de katalysator. Dit onderzoek heeft uiteindelijk de weg vrijgemaakt voor inzichten in de structuur van de actieve site.

Actieve site gedeactiveerd voor analyse

De onderzoekers hadden stikstofhoudende moleculen – ammoniak en aminen – geïdentificeerd als onzuiverheden die als katalysatorvergiften fungeren. Ze hebben de katalysator gedeactiveerd, maar niet permanent:als de onzuiverheden verdwijnen, de katalysator herstelt vanzelf. Met behulp van een uniek onderzoeksapparaat dat in eigen huis is ontwikkeld, d.w.z., een continu werkend stromingsapparaat met een geïntegreerde hogedrukpulseenheid, de onderzoekers lieten ammoniak en amines over het katalysatoroppervlak gaan, het tijdelijk deactiveren van de actieve site met een zinkcomponent. Ondanks dat de zinkcomponent gedeactiveerd is, op de katalysator vond nog een andere reactie plaats:namelijk de omzetting van etheen in ethaan. De onderzoekers ontdekten dus een tweede actieve site die parallel werkte, die metallisch koper bevat maar geen zinkcomponent heeft.

Omdat ammoniak en de aminen aan het oppervlak gebonden zijn aan positief geladen metaalionen, het was duidelijk dat zink, als onderdeel van de actieve site, draagt ​​een positieve lading.