Une étude récente a associé des nanoparticules de carbure de molybdène en phase bêta (β-Mo₂ C) catalyseurs sur dioxyde de silicium (SiO₂ ) prise en charge pour accélérer la conversion du CO₂ en monoxyde de carbone (CO) gazeux plus utile.

CO₂ est une molécule très stable, ce qui rend difficile la conversion du gaz à effet de serre en d’autres molécules. Les catalyseurs peuvent être utilisés dans des réactions chimiques pour réduire la quantité d'énergie nécessaire pour former ou rompre des liaisons chimiques et sont utilisés dans la réaction de conversion inverse de l'eau et du gaz (RWGS) pour convertir le CO₂. et de l'hydrogène gazeux (H₂ ) en CO et en eau (H₂ O).

Il est important de noter que le gaz CO produit par la réaction est appelé gaz de synthèse, ou gaz de synthèse, lorsqu'il est combiné avec H₂. et peut être utilisé comme source de carbone pour créer d'autres composés importants.

Les catalyseurs traditionnels de la réaction RWGS sont fabriqués à partir de métaux précieux, notamment le platine (Pt), le palladium (Pd) et l'or (Au), limitant le rapport coût-efficacité de la réaction. Pour cette raison, de nouveaux matériaux catalytiques et méthodes de formation sont développés pour augmenter le caractère pratique de la réaction RWGS comme moyen de réduire le CO₂ atmosphérique. et générer du gaz de synthèse.

Afin de résoudre les problèmes de coût des catalyseurs RWGS traditionnels, une équipe de chercheurs de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign a étudié la formation et l'activité catalytique de nanoparticules β-Mo₂ moins chères. Catalyseurs C sur un SiO₂ soutien pour déterminer si le catalyseur moins coûteux pourrait améliorer les niveaux d'activité du β-Mo₂ C avec un support d'oxyde de silice dans la réaction RWGS.

L'équipe a publié son étude dans Carbon Future. le 30 avril.

"La société s'oriente vers une économie neutre en carbone. Le dioxyde de carbone est un gaz à effet de serre, donc toute technologie capable de briser la liaison oxyde de carbone dans cette molécule et de transformer le carbone en un produit chimique à valeur ajoutée pourrait être d'un grand intérêt.

"Un produit chimique C1 important est le monoxyde de carbone, qui est une matière première essentielle pour produire une gamme de produits, tels que les carburants synthétiques et la vitamine A", a déclaré Hong Yang, professeur à la chaire Alkire au Département de génie chimique et biomoléculaire de l'Université de l'Illinois. à Urbana-Champaign et auteur principal de l'article.

Plus précisément, les chercheurs ont synthétisé du β-Mo₂ Catalyseurs de nanoparticules C absorbés sur un SiO₂ support (β-Mo₂ C/SiO₂ ). La structure amorphe du SiO₂ le support était essentiel pour la formation, l'activité et la stabilité des nanoparticules du β-Mo₂ C/SiO₂ catalyseur.

L'équipe a également testé les oxydes de césium (Ce), de magnésium (Mg), de titane (Ti) et d'aluminium (Al) comme supports potentiels, mais comme catalyseur sur SiO₂ produit la meilleure formation de catalyseur à la température de 650°C.

"Il semble que la nature désordonnée de la silice amorphe, qui se comporte comme de la colle pour les nanoparticules de catalyseur, soit un facteur clé de notre réussite dans l'obtention d'une charge métallique élevée et de l'activité élevée correspondante", a déclaré Siying Yu, étudiant diplômé au Département de chimie et biomoléculaire. Ingénieur à l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign et co-auteur de l'article.

Il est important de noter que le SiO₂ la structure de support du catalyseur améliore l'activité catalytique du β-Mo₂ C 8 fois supérieur à celui du β-Mo₂ en vrac C. Même avec une activité catalytique améliorée, le β-Mo₂ C/SiO₂ le catalyseur a démontré une conversion élevée du CO et une stabilité accrue par rapport au β-Mo₂ en vrac C dans les réactions RWGS.

"Une découverte majeure de nos travaux est un nouveau procédé de production de catalyseurs à forte charge métallique à base de nanoparticules de carbure de molybdène. De tels catalyseurs de carbure métallique sont développés pour convertir le dioxyde de carbone en oxyde de carbone à un taux de production et une sélectivité élevés", a déclaré Andrew Kuhn, ancien étudiant diplômé au Département de génie chimique et biomoléculaire de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign et premier auteur de l'article.

Les chercheurs ont réalisé leur étude dans des conditions de réaction favorisant la conversion en gaz CO, avec un H₂ :CO₂ rapport égal à 1:1. Ce rapport diffère du rapport le plus couramment testé, inférieur à 3:1.

Les réactions ont également été réalisées à des températures comprises entre 300 et 600°C. Dans ces conditions, l'équipe a produit du CO plus concentré, ce qui est plus efficace pour la synthèse de composés en aval.

L’équipe considère cette recherche comme un point de départ pour d’autres catalyseurs qui exploitent les structures de soutien pour accroître l’activité. "Notre capacité à synthétiser des nanomatériaux de carbure métallique en phase pure à charge élevée ouvre la porte au développement de nouveaux catalyseurs pour le processus de CO₂ utilisation", a déclaré Yang.

"J'espère que grâce à une étude approfondie de la relation synthèse-structure-propriété de ce catalyseur, nous serons bientôt en mesure de découvrir de nouvelles applications importantes pour la conversion à valeur ajoutée du CO₂ et le développement durable de notre économie."

Parmi les autres contributeurs figurent Rachel Park, Di Gao et Cheng Zhang du Département de génie chimique et biomoléculaire de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign à Urbana, Illinois; et Yuanhui Zhang du Département de génie agricole et biologique de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign.