Door de overmatige uitstoot van broeikasgassen, met name koolstofdioxide, stijgt de gemiddelde temperatuur op aarde snel. Het opvangen van kooldioxide en het omzetten in bruikbare brandstoffen en chemicaliën kan een ideale manier zijn om de kooldioxideconcentratie te verminderen en dit ernstige milieuprobleem te verlichten.

Een van de technologieën die veelbelovend zijn voor de omzetting van kooldioxide, is de hydrogenering van kooldioxide. De interesse is groot omdat waterstof een groene en duurzame energie is die continu kan worden geproduceerd. Om de technologie vooruit te helpen, hebben verschillende onderzoekers een reeks katalysatoren getest voor de hydrogenering van kooldioxide, maar er zijn nog steeds uitdagingen bij het toepassen van deze katalysatoren in industriële omgevingen. Op metaal-organische raamwerken gebaseerde katalysatoren bieden een alternatief voor traditionele katalysatoren voor deze technologieën. Zo heeft het team van onderzoekers systematisch op metaal-organische raamwerken gebaseerde katalysatoren voor selectieve hydrogenering van kooldioxide beoordeeld met als doel katalysatoren te ontwikkelen die een groot potentieel hebben in toekomstige toepassingen van kooldioxidehydrogenering.

Het team publiceerde hun bevindingen in Nano Research .

Het opvangen van kooldioxide is een belangrijke manier geworden om de negatieve effecten op het milieu te verminderen. Maar zodra de koolstofdioxide is opgevangen, staan ​​onderzoekers voor de uitdaging wat ze met de opgevangen koolstofdioxide moeten doen, omdat er in het verleden geen industrieel gebruik is geweest voor zo'n grote hoeveelheid koolstofdioxide. Wetende dat natuurlijke kooldioxidehydrogenering fossiele energiebronnen heeft geproduceerd, zoals olie, steenkool en aardgas, tijdens fotosynthese, hebben onderzoekers vastgesteld dat synthetische kooldioxidehydrogenering een groot potentieel heeft als methode voor hergebruik van het opgevangen kooldioxide.

Maar het vinden van de juiste katalysator voor gebruik bij de hydrogenering van kooldioxide was een uitdaging, omdat traditionele katalysatoren een hoge temperatuur vereisen om de kooldioxide om te zetten. Deze zware hitteomstandigheden verhogen de CO2-uitstoot en zorgen voor een snelle sintering van de actieve stoffen. En de beperkte katalytische activiteit en selectiviteit voor hydrogenering van kooldioxide op traditionele katalysatoren vormen nog steeds een belemmering voor de ontwikkeling in de industrie. De onderzoekers wilden nieuwe katalysatoren construeren voor de hydrogenering van kooldioxide met de hogere katalytische prestaties in de mildere omstandigheden, vooral om de hoge temperatuur te vermijden.

De onderzoekers richtten hun aandacht op op metaal-organische raamwerken gebaseerde katalysatoren. De metaal-organische raamwerken, een klasse van kristallijne materialen, kunnen een ideaal platform bieden om nieuwe katalysatoren te bouwen voor de hydrogenering van kooldioxide onder milde omstandigheden. De metaal-organische raamwerken bieden het voordeel dat ze afstembare raamwerken zijn met goed gedefinieerde poriën die de constructie van diverse katalytische locaties aanmoedigen. Deze katalytische structuren kunnen worden gebruikt voor verschillende producten, zoals koolmonoxide, methaan, mierenzuur, methanol en C₂₊ producten. In hun onderzoek voerde het team een ​​gedetailleerde, systematische review uit van een verscheidenheid aan op metaal-organische raamwerken gebaseerde katalysatoren voor mogelijk gebruik bij de selectieve hydrogenering van kooldioxide.

Hoewel er veel vooruitgang is geboekt bij de ontwikkeling van op metaal-organische raamwerken gebaseerde katalysatoren, merken de onderzoekers op dat er nog verschillende uitdagingen zijn. Meer diepgaand onderzoek is nodig om deze problemen aan te pakken. Vooruitkijkend naar toekomstig onderzoek op het gebied van op metaal-organische raamwerken gebaseerde katalysatoren, doen de onderzoekers vier aanbevelingen voor mogelijke toekomstige studies.

Ten eerste suggereren ze dat een uitgebreider ontwerp en nauwkeurige synthese nodig zijn bij het construeren van de interfacestructuren in de metaal-organische raamwerken. Vervolgens suggereren de onderzoekers dat de kooldioxide-omzetting bij lage temperaturen kan worden verbeterd door functionele plaatsen in de metaal-organische kaders te introduceren om te helpen bij de activering van de kooldioxide. Hun derde aanbeveling is dat een meer diepgaand ontwerp van katalytische sites binnen de metaal-organische kaders nodig is om de afhankelijkheid van de doelproductselectiviteit van de intrinsieke eigenschappen van metalen te verminderen. Hun laatste aanbeveling is om in situ karakteriseringstechnologieën onder hoge druk te ontwikkelen, zoals hogedruk in situ röntgenabsorptiespectroscopie, röntgendiffractie-analyse en Raman-spectroscopie, om de dynamische structurele verandering van op metaal-organische raamwerken gebaseerde katalysatoren tijdens koolstof te karakteriseren. dioxide hydrogenering onder hoge druk.

"We hopen dat onze discussie over op metaal-organische raamwerken gebaseerde katalysatoren voor selectieve hydrogenering van kooldioxide enig inzicht kan verschaffen voor het ontwikkelen van de geactiveerde katalysatoren om een ​​hoge activiteit, uitstekende selectiviteit en goede stabiliteit te bereiken. Wij geloven dat op metaal-organische raamwerken gebaseerde katalysatoren hebben de grote ontwikkelingsvooruitzichten en het toepassingspotentieel in kooldioxidehydrogenering onder milde omstandigheden in de toekomst", zegt Guodong Li, een professor aan het National Center for Nanoscience and Technology. + Verder verkennen

Ontdekking van een nieuwe katalysator voor zeer actieve en selectieve hydrogenering van kooldioxide tot methanol