Новости химической науки > Медные кластеры конвертируют диоксид углерода в метанол

Использование правильно подобранного катализатора позволит использовать диоксид углерода, образующийся в результате работы теплоэлектростанций, в качестве химического сырья, попутно решая проблему выбросов парниковых газов.

Исследователи обнаружили, что крошечные кластеры меди могут способствовать получению метанола из диоксида углерода при его относительно низком давлении.

Как отмечает Ларри Кёртисс (Larry A. Curtiss) из Национальной Лаборатории Аргонны, медь уже применяется для катализа промышленного производства метанола из синтез-газа – смеси моноксида углерода, диоксида углерода и водорода, при давлениях от 10 до 100 атмосфер и температурах в несколько сотен градусов Цельсия. Однако эти условия обуславливают исключительно высокую стоимость такого способа получения метанола, поэтому желательной была бы разработка процесса, протекающего при меньшем давлении.

Рисунок из J. Am. Chem. Soc. 2015, DOI: 10.1021/jacs.5b03668

Совместно с Питером Заполем (Peter Zapol) и Стефаном Вайдой (Stefan Vajda) Кёртисс оценил, что четырехатомные кластеры меди должны отличаться более высокой каталитической активностью, чем большие по размеру кластеры и, естественно, чем поверхность металлической меди. Меньшие по размеру кластеры отличаются большим числом центров координации, способных связываться с интермедиатами реакции, что, в перспективе, может обеспечить реализацию реакции с меньшим активационным барьером.

Исследовательская группа «приправила» тонкую пленку из оксида алюминия кластерами Cu₄⁺, после чего изучила реакцию, протекающую над этим катализатором в газовом потоке, содержащем 1% CO₂, 3% H₂ и 96% гелия при общем давлении 1,25 атм. При увеличении температуры до 125°C, H₂ восстанавливал медные кластеры до каталитически активных Cu₄⁰. Максимум получения метанола достигается при 225°C, что позволяет говорить о самом высокой на настоящий момент активности восстановления CO₂ до метилового спирта при таком низком значении парциального давления CO₂, которое составляет одну двадцатую от давления ранее разработанного каталитического процесса.

Хотя новая каталитическая система и кажется перспективной, следует еще выяснить, будет ли она являться экономически и химически выгодным способом утилизации отходов CO₂ теплоэлектростанций. В настоящий момент Кёртисс с коллегами находятся в поисках кластеров, которые могли бы стать катализаторами восстановления CO₂ до длинноцепочечных углеводородов, предварительные результаты расчетов позволяют предполагать, что для такого каталитического процесса идеальными будут кластеры Cu₂⁰.

Источник: J. Am. Chem. Soc. 2015, DOI: 10.1021/jacs.5b03668

метки статьи: #вопросы экологии, #кинетика и катализ, #нанотехнологии, #неорганическая химия, #органическая химия, #химическая технология