2 ) est un moyen écologique et durable de synthétiser des produits chimiques de base tels que le méthanol. Ce processus de conversion est essentiel pour réaliser « l'économie du méthanol » ou créer « le soleil liquide, ' les deux aspects de l'économie circulaire. Des études récentes ont révélé le potentiel d'une famille d'oxydes métalliques pour catalyser cette réaction. Cependant, optimiser davantage leurs performances catalytiques pour les applications industrielles est resté un grand défi, principalement en raison des difficultés liées à la conception rationnelle et à la synthèse contrôlée de ces catalyseurs.
Motivé par un tel challenge, une équipe dirigée conjointement par les Profs. Sun Yuhan, Gao Peng, et Li Shenggang au Shanghai Advanced Research Institute (SARI) de l'Académie chinoise des sciences, ont rapporté un cas réussi de conception rationnelle guidée par la théorie de l'oxyde d'indium (Dans 2 O 3 ) catalyseurs pour le CO 2 l'hydrogénation en méthanol avec une activité et une sélectivité élevées. Les nouveaux résultats ont été publiés dans le dernier numéro de Avancées scientifiques le 17 juin.
Pour concevoir rationnellement dans 2 O 3 -à base de nanocatalyseurs avec des performances de synthèse de méthanol favorables, les chercheurs ont effectué des calculs approfondis de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) pour établir le mécanisme catalytique de l'In 2 O 3 catalyseur pendant le CO 2 l'hydrogénation en méthanol et dioxyde de carbone en identifiant les voies préférées. La modélisation informatique a identifié la facette {104} rarement étudiée de l'In hexagonal 2 O 3 comme le plus favorable pour la synthèse du méthanol.
Sur la base de cette prédiction théorique, plusieurs méthodes expérimentales ont ensuite été employées pour synthétiser In 2 O 3 catalyseurs en différentes phases avec des morphologies distinctes.
Illustration schématique du CO le plus favorable 2 voies d'hydrogénation sur différents cubes (c-In 2 O 3 ) et l'oxyde d'indium hexagonal (c-In 2 O 3 ) surfaces. Crédit :SARI
De façon intéressante, l'un des quatre dans 2 O 3 Il a été confirmé que les catalyseurs ainsi synthétisés exposaient principalement les facettes {104} théoriquement identifiées. Ce catalyseur présente également les meilleures performances en termes d'activité et de sélectivité, confirmant la prédiction DFT. La réaction de synthèse du méthanol catalysée par ce catalyseur est favorable même à la très haute température de 360 °C.
Le rendement espace-temps en méthanol atteint 10,9 mmol/g/heure à cette température, qui a surpassé tous les catalyseurs connus auparavant pour cette réaction, y compris précédemment signalé dans 2 O 3 les catalyseurs à base de cuivre et les catalyseurs à base de Cu bien connus.
L'In 2 O 3 catalyseur découvert dans cette recherche est prometteur comme moyen de convertir directement le CO 2 en méthanol pour des applications industrielles. En outre, la découverte de cet In 2 O 3 catalyseur favorisera le développement ultérieur de catalyseurs bifonctionnels oxyde/zéolite pour le CO direct 2 hydrogénation à divers C 2+ hydrocarbures (oléfines inférieures, de l'essence, aromatiques et ainsi de suite) via l'intermédiaire méthanol. Tout aussi important, cette découverte met également en évidence le rôle central de la science informatique dans la conception de catalyseurs pertinents pour l'industrie.
