Le méthanol est l'un des produits chimiques de base les plus importants utilisés, par exemple, pour produire des matières plastiques ou des matériaux de construction. Pour rendre le processus de production encore plus efficace, il serait utile d'en savoir plus sur le catalyseur cuivre/oxyde de zinc/oxyde d'aluminium déployé dans la production de méthanol. À ce jour, cependant, il n'a pas été possible d'analyser la structure de sa surface dans des conditions réactionnelles. Une équipe de la Ruhr-Universität Bochum (RUB) et du Max Planck Institute for Chemical Energy Conversion (MPI CEC) a maintenant réussi à mieux comprendre la structure de son site actif. Les chercheurs décrivent leurs découvertes dans la revue Communication Nature .

Dans un premier, l'équipe a montré que le composant zinc du site actif est chargé positivement et que le catalyseur possède jusqu'à deux sites actifs à base de cuivre. "L'état du composant zinc sur le site actif a fait l'objet de discussions controversées depuis l'introduction du catalyseur dans les années 1960. Sur la base de nos découvertes, nous pouvons maintenant tirer de nombreuses idées sur la façon d'optimiser le catalyseur à l'avenir, " souligne le professeur Martin Muhler, Chef du Département de chimie industrielle à la RUB et Max Planck Fellow au MPI CEC. Pour le projet, il a collaboré avec le chercheur basé à Bochum, le Dr Daniel Laudenschleger, et le chercheur basé à Mülheim, le Dr Holger Ruland.

Production durable de méthanol

L'étude a été intégrée dans le projet Carbon-2-Chem, dont le but est de réduire le CO 2 en utilisant les gaz métallurgiques produits lors de la production d'acier pour la fabrication de produits chimiques. En combinaison avec de l'hydrogène produit par électrolyse, les gaz métallurgiques pourraient également servir de matière première pour la synthèse durable du méthanol. Dans le cadre du projet Carbon-2-Chem, l'équipe de recherche a récemment examiné comment les impuretés dans les gaz métallurgiques, telles que celles produites dans les cokeries ou les hauts fourneaux, affecter le catalyseur. Cette recherche a finalement ouvert la voie à un aperçu de la structure du site actif.

Site actif désactivé pour analyse

Les chercheurs avaient identifié des molécules contenant de l'azote – l'ammoniac et les amines – comme des impuretés qui agissent comme des poisons catalytiques. Ils ont désactivé le catalyseur, mais pas définitivement :si les impuretés disparaissent, le catalyseur se récupère tout seul. Grâce à un appareil de recherche unique développé en interne, c'est à dire., un appareil d'écoulement fonctionnant en continu avec une unité d'impulsions haute pression intégrée, les chercheurs ont fait passer de l'ammoniac et des amines sur la surface du catalyseur, désactiver temporairement le site actif avec un composant de zinc. Malgré la désactivation du composant zinc, une autre réaction a encore eu lieu sur le catalyseur :à savoir la conversion de l'éthène en éthane. Les chercheurs ont ainsi détecté un deuxième site actif fonctionnant en parallèle, qui contient du cuivre métallique mais n'a pas de composant de zinc.

Étant donné que l'ammoniac et les amines sont liés à des ions métalliques chargés positivement à la surface, il était évident que le zinc, dans le cadre du site actif, porte une charge positive.