El plasma no térmico (NTP) se utiliza para activar el CO2 moléculas para la hidrogenación en combustibles alternativos a bajas temperaturas, permitiendo también la conversión de electricidad renovable en energía química. Investigadores de Tokyo Tech combinaron métodos experimentales y computacionales para investigar la vía de hidrogenación del CO2 promovido por NTP2 en la superficie de Pd2Ga/SiO22 catalizadores. Los conocimientos mecánicos de su estudio pueden ayudar a mejorar la eficiencia de la hidrogenación catalítica de CO2 y permite a los ingenieros diseñar catalizadores de nuevos conceptos.
El cambio climático acelerado por el exceso de CO2 Las emisiones han sido una gran preocupación en los últimos años. Para hacer frente a este problema, tecnologías que no solo pueden reducir y eliminar el exceso de CO2 Se están desarrollando emisiones, sino también transformarlas en productos químicos de valor añadido. Uno de estos métodos es la hidrogenación de CO2 utilizando hidrógeno renovable para producir combustibles alternativos.
A lo largo de los años se han desarrollado diferentes estrategias para mejorar el CO2 hidrogenación en presencia de catalizadores metálicos. El más prometedor entre ellos es el plasma no térmico (NTP). Favorece la hidrogenación del CO2 más allá del límite termodinámico incluso a bajas temperaturas sin desactivar los catalizadores metálicos, que son vulnerables a temperaturas más altas. A pesar de la creciente popularidad de esta técnica, las interacciones entre las especies activadas por NTP y los catalizadores metálicos aún no se comprenden bien.
Afortunadamente, un equipo de investigadores del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech), Japón, dirigido por el Prof. Tomohiro Nozaki, ideó un estudio para superar esta brecha en la comprensión. En su reciente avance, publicado en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense, los investigadores revelaron la dinámica de reacción del CO asistido por NTP2 hidrogenación en la superficie de Pd2Ga/SiO22 catalizadores de aleación que conducen a la formación de formato. El profesor Nozaki explica: «Se han propuesto mecanismos de reacción como Eley-Rideal o la vía ER para explicar el CO eficiente2 la conversión a temperaturas más bajas y la energía de activación para esta reacción disminuye drásticamente. Además, NTP produce una gran cantidad de CO activado por vibración.2 que es la clave para mejorar el CO2 conversión más allá del equilibrio térmico».
El equipo investigó las reacciones entre el CO activado por NTP2 y PD2Ga/SiO22 catalizadores de aleación en un reactor de descarga de barrera dieléctrica de lecho fluidizado y los comparó con la catálisis térmica convencional. Los resultados revelaron que el CO2 la conversión en formiato fue más del doble en el caso de la hidrogenación asistida por NTP en comparación con la conversión térmica. Para establecer aún más la mecánica de la conversión mencionada, los científicos adoptaron en el lugar análisis espectroscópico y cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT).
Los resultados revelaron que la activación de NTP dio lugar a CO excitado vibratoriamente2 moléculas que reaccionan directamente con los átomos de hidrógeno adsorbidos por los sitios de Pd en el catalizador a través de la vía ER. Uno de los átomos de O de las especies que reaccionaron se adsorbió en el sitio de Ga vecino, lo que resultó en la formación de formiato monodentado o m-HCOO. Los cálculos de DFT también dedujeron una vía de descomposición para las mismas especies de m-HCOO.
Este estudio experimental-teórico mostró que NTP puede promover CO2 hidrogenación hasta límites que los métodos térmicos convencionales difícilmente pueden alcanzar. También proporcionó información mecanicista sobre el CO activado por NTP.2 y la interacción del catalizador, que se puede utilizar para desarrollar mejores catalizadores y mejorar el proceso de hidrogenación. «Con nuestra investigación, queríamos acelerar la iniciativa de conversión de residuos en riqueza. Captura de CO2 y usarlo como materia prima para la síntesis de combustibles y productos químicos valiosos no solo nos ayudará a enfrentar el problema climático, sino que también ralentizará el agotamiento de los combustibles fósiles hasta cierto punto”, concluye el profesor Nozaki.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Tokio. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
