설탕 기반 촉매는 이산화탄소를 재활용합니다

저렴하고 풍부한 금속과 일반 설탕으로 만든 새로운 촉매가 이산화탄소(CO)를 파괴하는 힘을 가지고 있습니다.₂) 가스.

새로운 Northwestern University 연구에서 촉매는 CO를 성공적으로 전환했습니다.₂ 다양한 유용한 화학물질을 생산하는 중요한 구성 요소인 일산화탄소(CO)로 전환됩니다. CO와 같은 수소 존재 하에서 반응이 일어나는 경우₂ 그리고 수소는 잠재적으로 휘발유를 대체할 수 있는 연료를 생산하는 데 매우 가치 있는 전구체인 합성 가스(또는 합성가스)로 전환됩니다.

최근 탄소 포집 기술이 발전함에 따라 연소 후 탄소 포집은 지구 기후 변화 위기를 해결하는 데 도움이 되는 그럴듯한 옵션이 되고 있습니다. 그러나 포집된 탄소를 어떻게 처리할지는 여전히 개방형 문제로 남아 있습니다. 새로운 촉매는 잠재적으로 강력한 온실가스를 더 가치 있는 제품으로 전환함으로써 처리하기 위한 하나의 솔루션을 제공할 수 있습니다.

이번 연구는 저널 5월 3일자에 게재될 예정이다. 과학.

“CO 배출을 중단하더라도₂ 이제 우리 대기에는 여전히 과잉 CO가 남아 있을 것입니다.₂ 이번 연구를 공동 주도한 노스웨스턴 대학의 밀라드 코슈에이(Milad Khoshooei)는 “지난 세기 동안의 산업 활동의 결과”라고 말했다. “이 문제에 대한 단일 해결책은 없습니다. CO를 줄여야 합니다₂ 배출 그리고 CO를 줄이는 새로운 방법을 찾아보세요₂ 이미 대기 중에 존재하는 농도입니다. 우리는 가능한 모든 해결책을 활용해야 합니다.”

“우리는 CO를 전환한 최초의 연구 그룹이 아닙니다.₂ 이 연구의 수석 저자인 Northwestern의 Omar K. Farha는 말했습니다. “그러나 프로세스가 실제로 실용적이려면 경제성, 안정성, 생산 용이성 및 확장성이라는 몇 가지 중요한 기준을 충족하는 촉매제가 필요합니다. 이 네 가지 요소의 균형을 맞추는 것이 중요합니다. 다행스럽게도 우리 소재는 이러한 요구 사항을 충족하는 데 탁월합니다.”

탄소 포집 기술 전문가인 Farha는 노스웨스턴 와인버그 예술 과학 대학의 화학과 Charles E. 및 Emma H. ​​Morrison 교수입니다. 박사 학위로 이 일을 시작한 후. 캐나다 캘거리 대학의 후보자인 Khoshooei는 현재 Farha 연구실의 박사후 연구원입니다.

식료품 저장실의 솔루션

새로운 촉매의 비밀은 매우 단단한 세라믹 소재인 몰리브덴 카바이드에 있습니다. 백금이나 팔라듐과 같은 값비싼 금속을 필요로 하는 다른 많은 촉매와는 달리, 몰리브덴은 저렴하고 귀하지 않으며 지구에 풍부한 금속입니다.

몰리브덴을 몰리브덴 탄화물로 변환하기 위해 과학자들은 탄소원이 필요했습니다. 그들은 예상치 못한 곳에서 저렴한 옵션을 발견했습니다: 식료품 저장실. 놀랍게도 설탕(거의 모든 가정에서 흔히 볼 수 있는 흰색의 알갱이 형태의 설탕)은 저렴하고 편리한 탄소 원자 공급원 역할을 했습니다.

Khoshooei는 “매일 이러한 물질을 합성하려고 할 때마다 집에서 실험실로 설탕을 가져오곤 했습니다”라고 말했습니다. “촉매에 일반적으로 사용되는 다른 종류의 재료와 비교할 때 우리의 재료는 엄청나게 저렴합니다.”

성공적으로 선택적이고 안정적입니다.

촉매를 테스트할 때 Farha, Khoshooei 및 동료들은 그 성공에 깊은 인상을 받았습니다. 대기압과 고온(섭씨 300~600도)에서 작동하는 촉매는 CO를 전환합니다.₂ 100% 선택성으로 CO로 전환됩니다.

높은 선택성은 촉매가 CO에만 작용한다는 것을 의미합니다.₂ 주변 재료를 방해하지 않고. 즉, 업계에서는 대량의 포집 가스에 촉매를 적용하고 선택적으로 CO만을 목표로 삼을 수 있습니다.₂. 또한 촉매는 시간이 지나도 안정적으로 유지되었습니다. 이는 활성 상태를 유지하고 분해되지 않았음을 의미합니다.

“화학에서는 몇 시간 후에 촉매가 선택성을 잃는 것이 드문 일이 아닙니다”라고 Farha는 말했습니다. “그러나 가혹한 조건에서 500시간 후에도 선택성은 변하지 않았습니다.”

이는 CO 때문에 특히 주목할 만합니다.₂ 안정적이고 완고한 분자입니다.

“CO를 변환₂ 쉽지 않다”고 Khoshooei가 말했다. “CO₂ 화학적으로 안정한 분자이기 때문에 우리는 많은 에너지를 필요로 하는 안정성을 극복해야 했습니다.”

탄소 정화에 대한 동시 접근 방식

탄소 포집을 위한 재료 개발은 Farha 연구실의 주요 초점입니다. 그의 그룹은 Farha가 “정교하고 프로그래밍 가능한 목욕 스폰지”에 비유한 다공성 나노 크기 재료 종류인 금속-유기 프레임워크(MOF)를 개발했습니다. Farha는 CO 끌어당김을 포함하여 다양한 응용 분야를 위한 MOF를 탐색합니다.₂공중에서 직접.

이제 Farha는 MOF와 새로운 촉매가 함께 작용하여 탄소 포집 및 격리에 역할을 할 수 있다고 말합니다.

Farha는 “어느 시점에서 우리는 MOF를 사용하여 CO2를 포집한 다음 이를 보다 유익한 것으로 전환하는 촉매제를 사용할 수 있습니다”라고 제안했습니다. “순차적인 두 단계를 위해 두 가지 서로 다른 재료를 활용하는 직렬 시스템이 앞으로 나아갈 수 있는 방법이 될 수 있습니다.”

“이것은 우리가 ‘포집된 CO로 무엇을 하느냐’라는 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다.₂?'” Khoshooei가 덧붙였습니다. “현재 계획은 그것을 지하에 격리하는 것입니다. 그러나 지하 저장소는 CO를 안전하고 영구적으로 저장하기 위해 많은 요구 사항을 충족해야 합니다.₂. 우리는 경제적 가치를 추가하면서 어디서나 사용할 수 있는 보다 보편적인 솔루션을 설계하고 싶었습니다.”

“고온 역 수성 가스 전환 반응을 위한 활성적이고 안정적인 입방체 몰리브덴 탄화물 촉매”라는 연구는 미국 에너지부, 국립 과학 재단 및 캐나다 자연 과학 및 공학 연구 위원회의 지원을 받았습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/05/240502141205.htm