De selectieve conversie van CO₂ en H₂ naar waardevolle chemicaliën en brandstoffen is een veelbelovende route voor koolstofrecycling. Voor de CO₂ zijn meerdere routes ontwikkeld hydrogenering tot methanol, hogere alcoholen, dimethylether (DME), aromaten, koolwaterstoffen en olefinen. Van deze producten is DME aantrekkelijk omdat het niet-toxisch en niet-corrosief is en is gebruikt als platformchemicaliën in de industrie, als drager voor waterstof en als additief voor brandstoffen.

Er is een reeks katalysatoren gesynthetiseerd voor de directe hydrogenering van CO₂ -naar-DME via cascadekatalyse waarbij methanolsynthese en methanolcondensatie tot DME over een ondersteunde koperkatalysator betrokken zijn. Een hoge DME-selectiviteit werd echter alleen bereikt bij een lage conversie van CO₂ , wat resulteert in een slechte one-pass-productiviteit.

Wanneer de CO₂ de conversie nam toe en er werden overvloedige bijproducten van CO, methanol en koolwaterstoffen geproduceerd. Een recente trend is CO₂ tot DME-conversie via bifunctionele katalysatoren, zoals door zuuroxide ondersteunde koperen nanodeeltjes, maar hun prestaties zijn nog steeds onbevredigend. Bovendien werden de koperen nanodeeltjes tijdens de katalyse gesinterd, wat resulteerde in een slechte duurzaamheid.

Onlangs heeft een onderzoeksteam onder leiding van prof. Feng-Shou Xiao en prof. Liang Wang van de Zhejiang Universiteit, China, deze beperkingen overwonnen door een zeer actieve, selectieve en duurzame katalysator van koperen nanodeeltjes te ontwikkelen voor het omzetten van CO₂

Belangrijk is dat het hydrofobe katalysatoroppervlak op efficiënte wijze het sinteren van de Cu-nanodeeltjes belemmert, wat meestal wordt veroorzaakt door water en methanol. Bijgevolg kunnen onder de volgende reactieomstandigheden (6000 ml g_cat ^–1 ·h ^–1 , 3 MPa, 240 °C), de CO₂ er werden een conversie van 9,7%, DME- en methanol-selectiviteiten van 59,3% en 28,4%, en CO-selectiviteit van slechts 11,3% verkregen. Bij een continue evaluatie gedurende 100 uur bleven de prestaties goed behouden zonder enige deactiveringstrend, en presteerden ze beter dan de algemeen ondersteunde Cu-katalysatoren.

Het onderzoek is gepubliceerd in het Chinese Journal of Catalysis .

Meer informatie: Hangjie Li et al, Selectieve hydrogenering van CO2 tot dimethylether via hydrofobe en gallium-gemodificeerde koperkatalysatoren, Chinese Journal of Catalysis (2023). DOI:10.1016/S1872-2067(23)64535-8

Aangeboden door de Chinese Academie van Wetenschappen