به گزارش «خبرنامه دانشجویان ایران»؛ هیدروژناسیون کاتالیزوری دیاکسید کربن (CO۲) یک روش سبز و پایدار برای سنتز مواد شیمیایی مانند متانول است. مطالعات اخیر پتانسیل خانوادهای از اکسیدهای فلزی را برای کاتالیز کردن این واکنش نشان داده است. با این حال، بهینهسازی عملکرد کاتالیستی آنها برای کاربردهای صنعتی به دلیل مشکلات مربوط به طراحی منطقی و سنتز کنترل شده این کاتالیستها، یک چالش بزرگ برای محققان بوده است.
تیمی در مؤسسه تحقیقات پیشرفته شانگهای (SARI) یک مورد موفقیتآمیز از طراحی منطقی کاتالیزورهای اکسید ایندیم (In۲O۳) برای هیدروژناسیون CO۲ به متانول با فعالیت و گزینشپذیری بالا گزارش کردند.
برای طراحی منطقی نانوکاتالیستهای مبتنی بر In۲O۳ با عملکرد مطلوب سنتز متانول، محققان محاسبات DFT گستردهای را برای ایجاد مکانیسم کاتالیزوری کاتالیزور In۲O۳ در طول هیدروژناسیون CO۲ به متانول و دیاکسید کربن با شناسایی مسیرهای ترجیحی انجام دادند. مدلسازی محاسباتی صفحات {۱۰۴} از In۲O۳ ششضلعی را به عنوان مطلوبترین صفحه بلوری برای سنتز متانول شناسایی کرد.
بر اساس این پیشبینی نظری، چندین روش تجربی برای سنتز کاتالیزورهای In۲O۳ در مراحل مختلف با مورفولوژیهای متمایز مورد استفاده قرار گرفت.
یکی از کاتالیستهای In۲O۳ سنتز شده بیشترین صفحات {۱۰۴} را نشان داد. این کاتالیست همچنین بهترین عملکرد را از نظر فعالیت و گزینشپذیری نشان داد که پیشبینی DFT را تأیید میکند. واکنش سنتز متانول کاتالیز شده توسط این کاتالیست حتی در دمای بسیار بالا یعنی ۳۶۰ درجه سانتیگراد نیز مطلوب است.
بازده متانول در این دما به ۱۰٫۹ میلیمول بر گرم در ساعت رسید که از همه کاتالیستهای شناخته شده قبلی برای این واکنش، از جمله کاتالیستهای مبتنی بر In۲O۳ و کاتالیستهای شناخته شده مبتنی بر مس، پیشی گرفت.
کاتالیست In۲O۳ کشف شده در این تحقیق به عنوان راهی برای تبدیل مستقیم CO۲ به متانول برای کاربردهای صنعتی محسوب میشود. این پژوهش همچنین نقش محوری علم محاسبات را در کمک به طراحی کاتالیستهای صنعتی نشان میدهد.
