Открыт способ улучшить катализатор для получения метанола из CO₂
Первые часы реакции решили все: ученые поняли, почему метанола сначала всегда меньше.
Метанол из CO₂ — перспективный способ превратить парниковый газ в топливо и сырье для химической промышленности. Один из лучших катализаторов для этого процесса — оксид индия (In₂O₃). Группа ученых под руководством профессоров Пэн Гао и Шэньган Ли из Шанхайского института передовых исследований детально изучила, как меняется структура этого катализатора в первые часы реакции.
Результаты опубликованы в издании Chinese Journal of Catalysis.
Исследователи синтезировали наночастицы In₂O₃ и проверили их в реакции гидрирования CO₂. Оказалось, что в первые 10 часов активность катализатора растет, но селективность по метанолу немного падает. Затем система выходит на стабильный режим. Почему так происходит?
Дело в том, что под действием водорода на поверхности катализатора образуются дополнительные кислородные вакансии — «дырки», где могут происходить ключевые этапы реакции. Компьютерное моделирование подтвердило: чем больше таких вакансий, тем выше скорость превращения CO₂. Но есть нюанс — на таких активных центрах чаще получается не метанол, а CO.
Кислородные вакансии — это дефекты кристаллической решетки оксида, где отсутствуют атомы кислорода. Они работают как «ловушки» для молекул CO₂ и водорода, ускоряя их превращение в метанол.
Этот механизм объясняет, почему в начале реакции метанола образуется меньше. Теперь ученые знают, как улучшить катализатор — нужно найти баланс между количеством вакансий и стабильностью структуры.
Практическая ценность работы в том, что она дает четкие ориентиры для создания более эффективных катализаторов. Если научиться контролировать образование кислородных вакансий, можно:
- увеличить выход метанола,
- снизить энергозатраты на процесс,
- продлить срок службы катализатора.
Это прямой путь к коммерчески выгодным технологиям утилизации CO₂.
Исследование не учитывает влияние примесей в промышленных потоках CO₂ — например, серы или воды. В реальных условиях они могут быстро «отравлять» катализатор, сводя на нет все преимущества.
Ранее ученые открыли новые материалы для производства компьютерных чипов.
