Tech

เทคโนโลยี zero-net-carbon ใหม่ช่วยเพิ่มการแปลงคาร์บอนไดออกไซด์เป็นเอทานอล

ในการศึกษาใหม่ นักวิทยาศาสตร์ตระหนักว่าการผสมซีเซียม คอปเปอร์ และซิงค์ออกไซด์ในรูปแบบสัมผัสใกล้ชิดจะเร่งปฏิกิริยาของวิถีปฏิกิริยาที่เปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) เป็นเอทานอล (C2H6O) การศึกษานี้เป็นก้าวสำคัญสู่เทคโนโลยีคาร์บอนสุทธิเป็นศูนย์ที่เกือบ ‘เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม’ ซึ่งจะเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นเอธานอลอย่างมีประสิทธิภาพ

การศึกษาที่ดำเนินการโดยความร่วมมือระหว่างประเทศนำโดยกระทรวงสหรัฐอเมริกา ของ Energy’sEnergy’s (DOE) ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Brookhaven มันให้แผนงานเพื่อนำทางปฏิกิริยาที่ท้าทายนี้ นอกจากนี้ โดยใช้แบบจำลองทางทฤษฎีและการกำหนดลักษณะการทดลอง การศึกษาได้นำเสนอภาพลำดับของปฏิกิริยาทั้งหมด

นอกเหนือจากการสร้างเทคโนโลยีคาร์บอนสุทธิเป็นศูนย์ใหม่นี้ นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบว่าเหตุใด อินเทอร์เฟซส่วนหนึ่งสำเร็จ ดังนั้น การศึกษานี้จึงเป็นแนวทางในการพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาทางอุตสาหกรรมเชิงปฏิบัติสำหรับการแปลง CO2 แบบคัดเลือกเป็นเอทานอล.

นักวิจัยที่เกี่ยวข้องของการศึกษาวิจัย Ping Liu นักเคมีของ Brookhaven กล่าวว่า “ มีงานมากมายในการเปลี่ยน การแปลงคาร์บอนไดออกไซด์เป็นเมทานอล , แต่เอทานอลมีข้อดีมากกว่าเมทานอลหลายประการ เอทานอลปลอดภัยกว่าและมีศักยภาพมากกว่าในฐานะเชื้อเพลิง แต่การสังเคราะห์ของมันนั้นท้าทายมากเนื่องจากความซับซ้อนของปฏิกิริยาและความยากลำบากในการควบคุมการก่อตัวของพันธะ CC ตอนนี้เราทราบแล้วว่าการกำหนดค่าประเภทใดที่จำเป็นต่อการเปลี่ยนแปลงและบทบาทที่แต่ละองค์ประกอบเล่นระหว่างปฏิกิริยา มันเป็นความก้าวหน้าครั้งใหญ่”

นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างส่วนต่อประสานโดยการฝากทองแดงและซีเซียมจำนวนเล็กน้อยลงบนพื้นผิวของซิงค์ออกไซด์ จากนั้นจึงศึกษาบริเวณที่วัสดุทั้งสามมาบรรจบกันโดยใช้เทคนิคการเอกซเรย์ที่เรียกว่า x-ray photoemission spectroscopy

เทคนิคนี้แสดงให้เห็นการเปลี่ยนแปลงกลไกการเกิดปฏิกิริยาของไฮโดรเจนคาร์บอนไดออกไซด์ภายหลังการเติม ของซีเซียม

พวกเขาใช้สองแนวทางเชิงทฤษฎีสำหรับการวิเคราะห์เพิ่มเติม: ทฤษฎีฟังก์ชันความหนาแน่นและการจำลองจลนพลศาสตร์ของมอนติคาร์โล การคำนวณทฤษฎีฟังก์ชันความหนาแน่นเป็นวิธีการสร้างแบบจำลองทางคอมพิวเตอร์เพื่อตรวจสอบโครงสร้างของวัสดุ ในทางกลับกัน การจำลองจลนพลศาสตร์ของมอนติคาร์โลเป็นการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์เพื่อจำลองจลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยา

ข้อเท็จจริงสำคัญประการหนึ่งที่นักวิทยาศาสตร์ได้เรียนรู้ซีเซียมเป็นองค์ประกอบสำคัญของระบบแอคทีฟ หากไม่มีเอทานอลก็ไม่สามารถผลิตได้ นอกจากนี้ การประสานงานที่ดีกับทองแดงและซิงค์ออกไซด์ก็เป็นสิ่งจำเป็นเช่นกัน แต่ยังมีอะไรให้เรียนรู้อีกมาก

José Rodriguez นักเคมีของ Brookhaven ที่เข้าร่วมในงานกล่าวว่า “มีความท้าทายมากมายที่ต้องเอาชนะก่อนมาถึง ที่กระบวนการทางอุตสาหกรรมที่สามารถเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นเอทานอลที่ใช้งานได้ ตัวอย่างเช่น ต้องมีวิธีที่ชัดเจนในการปรับปรุงการคัดเลือกเพื่อ การผลิตเอทานอล ประเด็นสำคัญคือการทำความเข้าใจความเชื่อมโยงระหว่างธรรมชาติของตัวเร่งปฏิกิริยากับกลไกการเกิดปฏิกิริยา การศึกษานี้เป็นแนวหน้าของความพยายามนั้น เรากำลังมุ่งเป้าไปที่ความเข้าใจพื้นฐานของกระบวนการ”

ในอนาคต นักวิทยาศาสตร์ตั้งเป้าที่จะค้นหาตัวเร่งปฏิกิริยาในอุดมคติสำหรับการแปลง CO2 เป็น “ แอลกอฮอล์ที่สูงกว่า” ซึ่งมีคาร์บอนอะตอมตั้งแต่สองอะตอมขึ้นไป (เอทานอลมี 2 อะตอม)

เอกสารอ้างอิง:
    Xuelong Wang, Pedro J. Ramírez et al.Cesium-Induced Active Sites สำหรับ ข้อต่อ C–C และการสังเคราะห์เอทานอลจากการเติมไฮโดรเจน CO2 บนพื้นผิว Cu/ZnO(0001̅) ดอย:

10.1021/jacs.1c03940

Back to top button