تحويل ثاني أكسيد الكربون.. محفز الاختراق يقلب عدو تغير المناخ إلى مورد ثمين

طور فريق من الباحثين محفزًا نحاسيًا عالي الكفاءة ومستقرًا (DFNS / TiO2-Cu) لتحويل ثاني أكسيد الكربون ، مع إنتاجية ثاني أكسيد الكربون تبلغ 5350 ملي مول جرام / ساعة / ساعة وانتقائية بنسبة 99.8 ٪.

ظل المحفز مستقرًا لأكثر من 200 ساعة، وسلطت الدراسات التي أجريت في الموقع الضوء على أهمية مواقع الخلل في ضبط تفاعلات دعم المعادن القوية.

أدى الاستخدام المكثف للوقود الأحفوري لقيادة العمليات الصناعية والأنشطة البشرية إلى زيادة انبعاثات ثاني أكسيد الكربون الناتجة عن الأنشطة البشرية في الغلاف الجوي، بما يتجاوز 400 جزء في المليون.

أدى هذا التركيز المرتفع للغاية لثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي إلى سلسلة من النتائج السلبية لنظام مناخ كوكبنا،ثاني أكسيد الكربون يمكن أن يكون موردًا استراتيجيًا للكربون لتخليق المواد الكيميائية والوقود ذات القيمة.

كانت هناك تقارير عديدة عن المحفزات المعدنية النبيلة، لكن استخدامها كان محدودًا بسبب أدائها التحفيزي المعتدل وتكلفتها العالية.

في عائلة المحفزات المعدنية غير النبيلة، تعد المحفزات القائمة على النحاس من بين أكثر المحفزات تنوعًا، مع إمكانات جيدة في العديد من العمليات الصناعية.

تؤدي درجة حرارة Tammann المنخفضة للنحاس وما ينتج عن ذلك من هجرة السطح إلى تلبيد الجسيمات النانوية أثناء التفاعل ، مما يحد من نشاطها واستقرارها على المدى الطويل.

في هذا العمل، طرح فريق من الباحثين بقيادة البروفيسور فيفيك بولشتيوار في معهد تاتا للبحوث الأساسية (TIFR) في مومباي السؤال، كيفية تحسين النشاط التحفيزي واستقرار محفز النحاس باستخدام مفهوم الدعم المعدني القوي التفاعلات (SMSI) وعيوب تعاون المواقع؟

أبلغوا عن محفز بمواقع نحاسية نشطة محملة بأكسيد التيتانيوم النانوي الليفي المتشقق (DFNS / TiO 2 -Cu) لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى ثاني أكسيد الكربون.

سمح التشكل الليفي ومساحة السطح العالية لـ DFNS / TiO 2 بتشتت أفضل وتحميل عالي للمواقع النشطة لـ Cu NPs. أظهر هذا المحفز أداءً تحفيزيًا ممتازًا لتقليل ثاني أكسيد الكربون بإنتاجية ثاني أكسيد الكربون تبلغ 5350 ملي مول جم -1 ساعة -1 (أي 53506 ملي مول جرام من النحاس -1 ساعة -1 ) ، متفوقًا على جميع المحفزات الحرارية القائمة على النحاس.

والجدير بالذكر ، DFNS / TiO 2أظهر -Cu10 انتقائية بنسبة 99.8٪ تجاه ثاني أكسيد الكربون واستقر لمدة 200 ساعة على الأقل. أبقت تفاعلات الدعم المعدني القوية التي يتحكم فيها العيب بين Cu و TiO2 الجسيمات النانوية النحاسية مثبتة بقوة على سطح الدعم وأضفت ثباتًا ممتازًا للمحفز.

أشارت دراسات EELS ، التحليل الطيفي لتحويل فورييه للانعكاس المنتشر في الموقع ، والتخفيض المبرمج لدرجة الحرارة H 2 ، وحسابات نظرية الكثافة الوظيفية ، والاستقرار طويل المدى إلى وجود تفاعل قوي بين مواقع النحاس ومواقع Ti 3+ ، والتي يضمن الاستقرار الجيد والتشتت لمواقع النحاس النشطة. قدمت الدراسات في الموقع نظرة ثاقبة حول دور مواقع العيوب (Ti 3+ و O- الوظائف الشاغرة) في ضبط SMSI.

أشارت الأشعة تحت الحمراء لتحويل فورييه في الموقع والتي تم حلها بمرور الوقت إلى أن ثاني أكسيد الكربون لم ينفصل بشكل مباشر لتشكيل ثاني أكسيد الكربون ، أظهرت دراسة UV-DRS أن شدة شواغر الأكسجين ومراكز Ti 3+ انخفضت تدريجياً بعد إدخال غاز ثاني أكسيد الكربون في غرفة المفاعل وتزداد تدريجياً عند تعرضها للهيدروجين، يشير هذا إلى أن تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى ثاني أكسيد الكربون يتبع مسار الأكسدة والاختزال بمساعدة الهيدروجين.

أشار الأداء التحفيزي الممتاز لـ DFNS / TiO 2 -Cu والدراسات الميكانيكية في الموقع إلى احتمال وجود عيوب في ضبط تفاعلات الدعم المعدني القوية، قد يؤدي هذا النهج إلى تصميم أنظمة تحفيزية باستخدام مواقع نشطة مختلفة ودعامات معيبة.