Biến CO2 thành vàng hóa học: Chất xúc tác nano giá cả phải chăng có thể cách mạng hóa hành động vì khí hậu
Một nghiên cứu của Đại học Illinois tại Urbana-Champaign đã phát triển các chất xúc tác hạt nano β-Mo2C trên chất mang SiO2 để tăng cường khả năng chuyển đổi CO2 thành CO. Chất xúc tác mới này, tiết kiệm chi phí hơn so với các chất xúc tác kim loại quý truyền thống, đã chứng tỏ hoạt tính xúc tác tăng lên đáng kể và ổn định, đánh dấu bước tiến đầy hứa hẹn trong chiến lược giảm CO2.
Carbon dioxide (CO2), một loại khí nhà kính, đóng một vai trò quan trọng trong biến đổi khí hậu bằng cách tích tụ trong khí quyển. Để giảm thiểu tác động của nó, việc chuyển đổi CO2 thành các sản phẩm carbon có lợi là một chiến lược khả thi. Một nghiên cứu gần đây đã khám phá phương pháp này bằng cách sử dụng các hạt nano cacbua molypden pha beta (β-Mo2C) làm chất xúc tác, neo trên các chất mang silicon dioxide (SiO2). Phương pháp này đẩy nhanh quá trình chuyển đổi CO2 thành carbon monoxide (CO), một loại khí có giá trị có thể được sử dụng để sản xuất các hợp chất quan trọng khác.
CO2 là một phân tử rất ổn định, khiến cho việc chuyển đổi khí nhà kính thành các phân tử khác trở nên khó khăn. Chất xúc tác có thể được sử dụng trong các phản ứng hóa học nhằm giảm lượng năng lượng cần thiết để hình thành hoặc phá vỡ liên kết hóa học và được sử dụng trong phản ứng chuyển đổi khí nước ngược (RWGS) để chuyển CO2 và khí hydro (H2) thành CO và nước (H2O). Điều quan trọng là khí CO tạo ra từ phản ứng được gọi là khí tổng hợp hoặc khí tổng hợp khi kết hợp với H2 và có thể được sử dụng làm nguồn cacbon để tạo ra các hợp chất quan trọng khác.
Những tiến bộ trong công nghệ xúc tác
Chất xúc tác truyền thống trong phản ứng RWGS được làm từ kim loại quý, bao gồm bạch kim (Pt), palladium (Pd) và vàng (Au), hạn chế hiệu quả chi phí của phản ứng. Do đó, các vật liệu xúc tác và phương pháp hình thành mới được phát triển để tăng tính thực tế của phản ứng RWGS như một biện pháp giảm lượng CO2 trong khí quyển và tạo ra khí tổng hợp.
Để giải quyết vấn đề chi phí của chất xúc tác RWGS truyền thống, một nhóm các nhà nghiên cứu từ Đại học Illinois ở Urbana-Champaign đã nghiên cứu sự hình thành và hoạt tính xúc tác của chất xúc tác β-Mo2C hạt nano rẻ hơn trên chất hỗ trợ SiO2 để xác định xem chất xúc tác có chi phí thấp hơn có thể tăng cường mức độ hoạt động của β-Mo2C với chất hỗ trợ oxit silic trong phản ứng RGSS.
Hình ảnh bên trái mô tả các hạt nano β-Mo2C được hỗ trợ trên SiO2 (β-Mo2C/SiO2). Biểu đồ bên phải thể hiện hoạt tính xúc tác tăng lên của β-Mo2C/SiO2 về tốc độ sản sinh CO trong phản ứng RWGS so với β-Mo2C số lượng lớn, được biểu thị bằng thanh màu đen. Mỗi thanh đại diện cho một tỷ lệ phần trăm trọng lượng tải Mo2C khác nhau dựa trên khối lượng của vật đỡ SiO2. Hoạt tính xúc tác cho dữ liệu này được đo ở 400°C. Nguồn: Tương lai Carbon, Nhà xuất bản Đại học Thanh Hoa
Nhóm đã công bố nghiên cứu của mình trên tạp chí Carbon Future vào ngày 30 tháng 4.
“Xã hội đang hướng tới một nền kinh tế trung hòa carbon. Carbon dioxide là một loại khí nhà kính, do đó bất kỳ công nghệ nào có thể phá vỡ liên kết carbon-oxide trong phân tử này và biến carbon thành một hóa chất có giá trị gia tăng đều có thể rất được quan tâm. Hong Yang, giáo sư chủ nhiệm Alkire tại Khoa Kỹ thuật Hóa học và Sinh học phân tử tại Đại học Illinois, cho biết: Một hóa chất C1 quan trọng là carbon monoxide, là nguyên liệu thiết yếu để sản xuất nhiều loại sản phẩm, chẳng hạn như nhiên liệu tổng hợp và vitamin A. Urbana-Champaign và tác giả chính của bài báo.
Cấu trúc và hiệu quả xúc tác
Cụ thể, các nhà nghiên cứu đã tổng hợp các chất xúc tác hạt nano β-Mo2C được hấp thụ trên chất mang SiO2 (β-Mo2C/SiO2). Cấu trúc vô định hình của chất mang SiO2 rất quan trọng đối với sự hình thành, hoạt động và độ ổn định của hạt nano của chất xúc tác β-Mo2C/SiO2. Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm thêm các oxit Caesium (Ce), magie (Mg), titan (Ti) và nhôm (Al) làm chất mang tiềm năng, nhưng chất xúc tác trên SiO2 tạo ra sự hình thành chất xúc tác tốt nhất ở nhiệt độ 650°C.
Siying Yu, một nghiên cứu sinh tại Khoa Hóa học và Khoa học, cho biết: “Có vẻ như bản chất rối loạn của silica vô định hình, hoạt động giống như keo với các hạt nano xúc tác, là yếu tố then chốt dẫn đến thành công của chúng tôi trong việc đạt được tải lượng kim loại cao và hoạt tính cao tương ứng”. Kỹ thuật sinh học phân tử tại Đại học Illinois tại Urbana-Champaign và đồng tác giả của bài báo.
Điều quan trọng là cấu trúc hỗ trợ chất xúc tác SiO2 cải thiện hoạt tính xúc tác của β-Mo2C gấp 8 lần so với β-Mo2C số lượng lớn. Ngay cả khi hoạt tính xúc tác được cải thiện, chất xúc tác β-Mo2C/SiO2 đã thể hiện khả năng chuyển đổi CO cao và độ ổn định tăng lên so với β-Mo2C số lượng lớn trong các phản ứng RWGS.
“Một khám phá quan trọng trong công việc của chúng tôi là một quy trình mới để sản xuất chất xúc tác chứa nhiều kim loại làm từ hạt nano cacbua molypden. Andrew Kuhn, cựu sinh viên tốt nghiệp Khoa Kỹ thuật Hóa học và Sinh học phân tử tại Đại học Illinois tại Urbana-Champaign và là tác giả đầu tiên của cuốn sách, cho biết: “Các chất xúc tác cacbua kim loại như vậy được phát triển để chuyển đổi carbon dioxide thành carbon oxit với tốc độ sản xuất và độ chọn lọc cao”.
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
