Konversi karbon dioksida (CO2) menjadi metanol secara luas dianggap sebagai cara yang menjanjikan untuk mendaur ulang sumber daya karbon. Namun, para ilmuwan telah lama menghadapi tantangan sulit ketika mencoba memperbaiki proses tersebut.
Pada suhu yang lebih rendah, konversi CO2 menjadi metanol menguntungkan secara termodinamika. Masalahnya adalah CO2 menjadi sulit untuk diaktifkan pada kondisi ini, sehingga mengakibatkan kinerja katalitik yang buruk. Peningkatan suhu akan mempercepat reaksi, namun juga mendorong proses persaingan yang dikenal sebagai reaksi konversi air-gas terbalik, yang menghasilkan produk sampingan yang tidak diinginkan dan mengurangi selektivitas metanol. Pertukaran yang terus-menerus antara aktivitas katalitik dan selektivitas telah membatasi kemajuan dalam meningkatkan hasil metanol.
Desain katalis baru mengatasi kompromi yang sudah lama ada
Dalam sebuah penelitian yang diterbitkan di KimiaPara peneliti yang dipimpin oleh Profesor Jian Sun dan Jiafeng Yu dari Institut Fisika Kimia Dalian (DICP) dari Akademi Ilmu Pengetahuan China (CAS) telah mengembangkan desain katalis baru yang bertujuan untuk mengatasi tantangan ini.
Pendekatan mereka menggunakan struktur lapisan atas berdasarkan interaksi dukungan logam kuat (SMSI) untuk memisahkan situs aktif dalam katalis secara spasial. Desain ini memungkinkan tahapan reaksi berbeda terjadi di lokasi berbeda, sehingga meningkatkan efisiensi produksi metanol dari CO2.
Dengan merestrukturisasi permukaan katalis dan mengubah cara reaktan menyerap, memisahkan, dan bergerak melalui jalur reaksi, tim mencapai hasil ruang-waktu sebesar 1,2 g·g.kucing-1·H-1 pada 300 ℃ dan 3 MPa. Kinerja ini kira-kira tiga kali lebih tinggi dibandingkan katalis komersial konvensional Cu/Zn/Al.
Alihkan CO2 Menuju metanol
Para peneliti menemukan bahwa katalis mereka mendorong CO2 untuk menyerap dan mengaktifkan terutama pada zirkonia (ZrO2) situs. Ini mengarahkan reaksi menuju produksi metanol melalui jalur format.
Pada katalis konvensional berbasis Cu, aktivasi umumnya dimulai dengan pemutusan ikatan C=O sebelum terjadi hidrogenasi. Strategi baru ini mengikuti urutan yang berbeda. Hidrogenasi terjadi pertama kali pada ZrO2 situs, dan pembelahan ikatan C=O kemudian terjadi.
Menurut para peneliti, perubahan mekanisme reaksi ini secara signifikan mengurangi pembentukan produk samping karbon monoksida (CO) sambil mempertahankan kemampuan kuat situs Cu untuk memisahkan H.2 secara efektif.
“Studi kami dapat membuka jalan baru untuk mengatasi trade-off yang sudah berlangsung lama antara aktivitas dan selektivitas dalam sintesis metanol dari CO2.2kata Profesor Sun.
