Nghiên cứu đột phá tiết lộ các bước chính để biến CO2 thành hóa chất có giá trị
11 tháng 9 năm 2024
Một nghiên cứu mang tính đột phá của Khoa Khoa học Giao diện tại Viện Fritz Haber và Viện Nghiên cứu Hóa học của Catalonia đã được công bố trên tạp chí uy tín Nature Energy. Bài báo có tiêu đề "Các chất trung gian chính và các vị trí hoạt động của Cu để điện phân CO2 thành etylen và etanol" tận dụng các phương pháp quang phổ tiên tiến và lý thuyết để làm sáng tỏ các quá trình phức tạp liên quan đến việc chuyển đổi carbon dioxide (CO2) thành các hóa chất có giá trị như etylen và etanol. Nghiên cứu này hứa hẹn sẽ thúc đẩy các hoạt động bền vững trong ngành công nghiệp hóa chất.
Giảm CO2: Con đường dẫn đến các hóa chất có giá trị
© FHI
Giảm CO2 bằng điện hóa (CO2RR) là một công nghệ đầy hứa hẹn sử dụng điện tái tạo để chuyển đổi CO2 thành các hóa chất có giá trị cao, đóng hiệu quả chu trình cacbon. Etylen và etanol, trọng tâm của nghiên cứu này, đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất nhựa và nhiên liệu thân thiện với môi trường. Tuy nhiên, cho đến nay, các cơ chế chính xác và các bước trung gian liên quan đến quá trình chuyển đổi này vẫn còn khó nắm bắt. Hiểu biết về cơ chế là rất quan trọng để thiết kế hợp lý các vị trí hoạt động, mà chúng tôi trình bày ở đây không chỉ có trong chất xúc tác tiền tổng hợp mà còn có thể được hình thành và phát triển trong quá trình phản ứng thông qua tương tác với chất phản ứng và chất trung gian phản ứng.
Những phát hiện chính: Thông tin chi tiết về quang phổ và hỗ trợ lý thuyết
Nhóm nghiên cứu do trưởng nhóm Tiến sĩ Arno Bergmann, Giáo sư Tiến sĩ Beatriz Roldán Cuenya và Giáo sư Tiến sĩ Núria López dẫn đầu đã sử dụng phổ Raman tăng cường bề mặt tại chỗ (SERS) và lý thuyết hàm mật độ (DFT) để nghiên cứu các loài phân tử trên chất xúc tác điện đồng (Cu) và do đó, có được thông tin chi tiết về cơ chế phản ứng. Những phát hiện của họ cho thấy rằng sự hình thành ethylene xảy ra khi các chất trung gian cụ thể, được gọi là *OC-CO(H) dimer, hình thành trên các vị trí Cu không được phối hợp. Ngược lại, quá trình sản xuất etanol đòi hỏi môi trường phối hợp bị nén và biến dạng cao của các vị trí Cu, với chất trung gian chính *OCHCH2.
Hiểu vai trò của hình thái bề mặt
Một trong những khám phá quan trọng là vai trò của hình thái bề mặt trong quá trình phản ứng. Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng các vị trí Cu không được phối hợp tăng cường liên kết của CO, một bước quan trọng trong quá trình khử. Các vị trí Cu này, được đặc trưng bởi các bất thường ở cấp độ nguyên tử, có khả năng hình thành trong điều kiện phản ứng và làm cho bề mặt xúc tác hiệu quả hơn, dẫn đến hiệu suất tốt hơn trong sản xuất etylen và etanol.
Ý nghĩa đối với ngành công nghiệp hóa chất
Những phát hiện này có thể có ý nghĩa quan trọng đối với ngành công nghiệp hóa chất, đặc biệt là trong sản xuất nhựa và nhiên liệu. Bằng cách hiểu các điều kiện và chất trung gian cụ thể cần thiết cho quá trình sản xuất etylen và etanol có chọn lọc, các nhà nghiên cứu có thể thiết kế các chất xúc tác hiệu quả và bền vững hơn. Điều này có thể dẫn đến những cách hiệu quả hơn để sử dụng CO2, giảm lượng khí thải carbon của các quy trình sản xuất hóa chất.
Nỗ lực hợp tác
Nghiên cứu này là một nỗ lực hợp tác, với sự hỗ trợ về mặt lý thuyết từ một nhóm nghiên cứu ở Tây Ban Nha. Quan hệ đối tác này cho phép tiến hành một cuộc điều tra toàn diện, kết hợp các phương pháp tiếp cận thực nghiệm và lý thuyết để cung cấp hiểu biết chi tiết về quá trình giảm CO2.
Kết luận
Nghiên cứu do Khoa Khoa học Giao diện tại Viện Fritz Haber và Viện Nghiên cứu Hóa học của Catalonia thực hiện đại diện cho một bước tiến đáng kể trong lĩnh vực giảm CO2. Bằng cách tiết lộ các chất trung gian và vị trí hoạt động chính liên quan đến quá trình sản xuất ethylene và ethanol, nghiên cứu này cung cấp nền tảng để phát triển các quy trình xúc tác hiệu quả và bền vững hơn. Những phát hiện này không chỉ thúc đẩy kiến thức khoa học mà còn đưa ra các giải pháp thực tế để giảm phát thải CO2 và thúc đẩy sản xuất hóa chất bền vững.
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
