Recherche récente publiée dans la revue Science China Chemistry explore les structures actives du cuivre dans la catalyse interfaciale ZnO-Cu. De nombreuses expériences, notamment la préparation du catalyseur, les caractérisations structurelles, l'évaluation des performances catalytiques et les calculs DFT, ont été réalisées.
En utilisant divers nanocristaux de Cu (NC) avec des facettes de Cu bien définies et des catalyseurs inverses ZnO/Cu NC correspondants, la facette Cu{110} a été démontrée comme la facette la plus active pour la catalyse interfaciale ZnO-Cu dans le CO2 hydrogénation en méthanol avec une énergie d'activation apparente aussi faible que 25,3 ± 2,6 kJ/mol, tandis que la facette Cu{100} est la facette la plus active pour la catalyse interfaciale ZnO-Cu et la catalyse Cu dans la réaction RWGS.
Pendant ce temps, bien que l'interface ZnO-Cu soit plus active dans la catalyse de la réaction RWGS que la surface du Cu, la réaction RWGS se produit principalement sur la surface nue du Cu des catalyseurs inverses ZnO/Cu plutôt qu'à l'interface ZnO-Cu, sous l'action CO2 hydrogénation jusqu'aux conditions de réaction du méthanol.
L'étude a été dirigée par le professeur Weixin Huang (Laboratoire clé de précision et de chimie intelligente, Université des sciences et technologies de Chine), le professeur Wenhua Zhang (Laboratoire clé de précision et de chimie intelligente, Université des sciences et technologies de Chine) et Dr Zongfang Wu (Centre national de recherche Hefei pour les sciences physiques à l'échelle micrométrique, Université des sciences et technologies de Chine).
"Les nanocristaux catalytiques uniformes avec des structures bien définies ont démontré un grand potentiel pour les études fondamentales de la catalyse hétérogène dans des conditions de travail. Les catalyseurs à base de Cu-ZnO ont été largement étudiés pour catalyser le CO2 hydrogénation en méthanol à valeur ajoutée, dans lequel la sélectivité du méthanol est cependant limitée par la réaction RWGS qui l'accompagne", explique Huang.
"En utilisant des catalyseurs modèles à base de monocristaux de Cu, les performances catalytiques des catalyseurs Cu et ZnO/Cu dans les deux environnements CO2 Il a été démontré que les réactions d'hydrogénation en méthanol et de RWGS dépendent sensiblement des plans cristallins de Cu, mais les taux de formation de CO mesurés étaient de deux à trois ordres de grandeur supérieurs au CH3 correspondant. Taux de formation d'OH, contrairement aux performances catalytiques des catalyseurs en poudre à base de Cu-ZnO."
"Afin de répondre à la controverse entre les catalyseurs en poudre et les catalyseurs modèles monocristallins, nous avons mené une étude combinée de calcul expérimental et théorique des NC Cu avec des facettes Cu bien définies et des catalyseurs inverses NC ZnO/Cu correspondants dans des conditions typiques de CO
Les résultats acquis sur la facette Cu active pour la catalyse interfaciale ZnO-Cu pour le CO2 L'hydrogénation en méthanol et les réactions RWGS approfondissent non seulement la compréhension fondamentale de la sensibilité structurelle de la catalyse interfaciale ZnO-Cu, mais suggèrent également l'ingénierie des facettes {110} des nanoparticules de Cu avec des surfaces de Cu nues exposées minimisées dans des catalyseurs à base de Cu-ZnO comme stratégie prometteuse pour fabriquer un catalyseur hautement actif et sélectif pour le CO2 hydrogénation en méthanol à basse température.
Cinétiquement, la réaction de synthèse du méthanol à l'interface ZnO-Cu{110} avec un Ea très faible d'environ 25,3 kJ/mol se déroule facilement à basse température alors que la réaction RWGS avec une surface barrière élevée ne se produit pas thermodynamiquement, une basse température de réaction favorise la réaction de synthèse exothermique du méthanol mais pas la réaction endothermique RWGS.
Plus d'informations : Wei Xiong et al, Structures actives de cuivre dans la catalyse interfaciale ZnO-Cu :hydrogénation du CO2 en méthanol et réactions inverses de conversion eau-gaz, Science China Chemistry (2023). DOI :10.1007/s11426-023-1802-7
Fourni par Science China Press
