Un Catalyseur en trois parties aide à transformer l’excès de CO2 en éthanol utilisable
Une collaboration internationale de scientifiques a fait un pas considérable vers la compréhension d’une innovation presque « verte » à zéro carbone net qui transformera avec succès le dioxyde de carbone, un important gaz à effet de serre, ainsi que l’hydrogène en éthanol, qui est utile comme un carburant et a également beaucoup d’autres applications chimiques. L’étude de recherche rapporte une « feuille de route » pour parcourir avec succès cette réaction complexe et propose une photo de la série de réponses complète à l’aide d’une modélisation théorique et d’une caractérisation spéculative.
Dirigée par le laboratoire national de Brookhaven du ministère de l’Énergie des États-Unis (DOE), l’équipe a découvert que le fait d’associer le césium, le cuivre, ainsi que l’oxyde de zinc, dans une configuration à contact étroit catalyse une voie de réaction qui transforme le CO 2 en éthanol (C 2 H 6O). Ils ont également découvert pourquoi cette interface utilisateur en trois parties réussit. La recherche, qui est décrite dans un article du 23 juillet 2021, sur la version Internet du Journal of the American Chemical Culture et figure également sur la couverture du magazine, entraînera certainement davantage de recherches sur la manière d’établir un catalyseur industriel fonctionnel. Pour transformer précisément le DIOXYDE DE CARBONE en éthanol. De telles procédures se traduiront par des innovations capables de recycler le DIOXYDE DE CARBONE issu de la combustion et de le transformer en produits chimiques ou en gaz utilisables.
Aucune des trois parties examinées dans l’étude ne peut militariser la conversion du CO 2 en éthanol séparément, ni en ensembles. Cependant, lorsque le trio est combiné dans un arrangement spécifique, la région où ils se rencontrent ouvre une nouvelle voie pour le développement de liaisons carbone-carbone qui rend possible la conversion du CO 2 en éthanol. L’astuce réside dans l’interaction bien réglée entre les sites d’oxyde de césium, de cuivre et de zinc.
« Il y a eu beaucoup de conversions de dioxyde de carbone en méthanol, mais l’éthanol présente de nombreux avantages par rapport au méthanol. En tant que gaz, l’éthanol est plus sûr et beaucoup plus puissant. Mais sa synthèse est extrêmement difficile en raison de la complexité de la réaction et du problème de régulation de la formation de liaisons CC », a déclaré le scientifique correspondant de la recherche, le chimiste de Brookhaven, Sound Liu. « Nous comprenons actuellement quel type de configuration est nécessaire pour apporter l’amélioration et les fonctions que chaque composant joue tout au long de la réaction. C’est un développement énorme. »
L’interface est développée en déposant de minuscules quantités de cuivre et de césium sur une surface d’oxyde de zinc. L’équipe a compté sur une stratégie de rayons X contactée par spectroscopie de photoémission de rayons X pour examiner les régions où les trois produits satisfont, ce qui a révélé un ajustement probable du dispositif de réaction pour l’hydrogénation du DIOXYDE DE CARBONE lorsque le césium était inclus. Plus de détails ont été divulgués à l’aide de deux méthodes théoriques largement utilisées : les calculs de « concept fonctionnel de densité », une technique de modélisation informatique pour examiner les cadres des produits, ainsi que la « simulation cinétique de Monte Carlo », une simulation informatique pour reproduire la cinétique de réponse. Pour ce travail,
L’une des choses importantes qu’ils ont apprises de la modélisation est que le césium est une partie essentielle du système actif. Sans sa présence, l’éthanol ne peut pas être fabriqué. En outre, une excellente synchronisation avec l’oxyde de cuivre et de zinc est également essentielle. Mais il y a beaucoup plus à découvrir.
“Il y a beaucoup de défis à relever avant de passer à une procédure industrielle qui peut transformer le dioxyde de carbone en éthanol utile”, a déclaré la pharmacie de Brookhaven José Rodriguez, qui a participé aux travaux. « À titre d’exemple, il doit y avoir un moyen clair d’améliorer la sélectivité envers la fabrication d’éthanol. Le problème clé est de comprendre le lien entre la nature du conducteur et le mécanisme de réponse ; cette recherche est à la fine pointe de cette initiative. Nous visons une compréhension de base de la procédure.
Un objectif supplémentaire de ce site de recherche est de localiser un stimulant idéal pour la conversion du DIOXYDE DE CARBONE en alcools “plus grands”, qui ont deux atomes de carbone ou plus (l’éthanol en a 2) et sont également, pour cette raison, plus utiles et souhaitables. Pour les applications industrielles ainsi que la production de biens d’actif. Le stimulant étudié dans ce travail est utile, car les stimulants à base d’oxyde de cuivre et de zinc sont actuellement répandus dans l’industrie chimique et utilisés dans des procédures catalytiques telles que la synthèse de méthanol à partir de DIOXYDE DE CARBONE.
Les chercheurs ont prévu des recherches de suivi au National Synchrotron Light II de Brookhaven. De même, une installation utilisateur du DOE Office of Science utilise une collection unique de dispositifs et de stratégies pour caractériser les conducteurs dans les conditions de travail. Là, ils exploreront sans aucun doute le système Cu-Cs-ZnO et les pilotes avec une composition différente dans encore plus d’informations.
Référence: “Cesium-Induced Active Sites for C–C Coupling and Ethanol Synthesis from CO2 Hydrogenation on Cu/ZnO(0001) Surfaces” by Xuelong Wang, Pedro J. Ramírez, Wenjie Liao, José A. Rodriguez and Ping Liu, 23 July 2021, Journal of the American Chemical Society. DOI: 10.1021/jacs.1c03940
