Projektbeschreibung
Interaktionen auf Nanoebene erforschen – Katalysatoren für eine optimierte Methanolherstellung aus CO2
Mit Kohlendioxid (CO2) andere Chemikalien und Treibstoffe herzustellen, wird immer interessanter, da es die anderen Strategien zur Senkung des Kohlendioxidgehalts in der Atmosphäre – CO2-Abscheidung und -speicherung – ergänzt. Bei der direkten Hydrierung von CO2 zu Methanol entsteht ein Brennstoff mit relativ hoher Energiedichte, der auch als Alternative für fossile Brennstoffe geeignet ist. Die beste Möglichkeit, diesen doppelten Nutzen zu erzielen, liegt aktuell in Multimetall-Katalysatoren aus Kupfer- und Zinkoxid-Nanopartikeln mit Aluminiumoxid als Träger. Doch die tatsächlichen Mechanismen, die das Verhältnis zwischen Kupfer als aktivem Zentrum und Zink als Reaktionsförderer bestimmen, sind unklar. Das EU-finanzierte Projekt CuZnSyn untersucht die Bindungs-, Aktivierungs- und Reaktionssequenzen bei der CO2-Hydrierung, um anhand der Ergebnisse die Katalysatoren optimieren und die Methanolherstellung verbessern zu können.
Ziel
Carbon dioxide (CO2) is a greenhouse gas that is significantly contributing to climate change. In tandem with advances in sequestering carbon, beneficial uses for CO2 are of high societal importance for developing a sustainable future. One attractive use of CO2 is in its conversion to energy dense fuels (green energy vectors). One such fuel is methanol, made from CO2 via hydrogenation in conjunction with a multimetallic catalyst. The current best industrial (heterogeneous) catalyst incorporates copper and zinc-oxide nanoparticles with an alumina support. A special synergy is observed between the copper (active site) and zinc (reaction promoter), but these species and their connection is poorly defined and remains debated.
This project aims to isolate proximal copper and zinc centres, the fundamental building block for the construction of critical copper–zinc interfaces, within a well-defined, and highly tuneable ligand framework. Once isolated, the binding, activation and interconversion of key intermediates along the CO2 hydrogenation pathway will be meticulously analysed.
Work package 1 involves the synthesis and characterisation of a series of 12 ligands that encompass a range of stereo-electronic profiles, and subsequent isolation of CuZn complexes using these ligands. Work package 2 will use the complexes to study the activation and interconversion of key intermediates along the CO2 hydrogenation pathway to gain mechanistic understanding. Finally, work package 3 will test the most active complexes as catalysts for the direct hydrogenation of CO2 to methanol.
The combination of my skills (multimetallic systems) and the host groups (mechanistic studies) make achieving the project aims realistic. The knowledge harnessed from gaining deep mechanistic understanding of the synergy between copper and zinc during CO2 hydrogenation will be invaluable in developing the next generation of catalysts for methanol production, adding value to a deleterious waste streams.
Wissenschaftliches Gebiet
- engineering and technologyenvironmental engineeringenergy and fuelsrenewable energy
- natural scienceschemical sciencesinorganic chemistrytransition metals
- natural scienceschemical sciencesorganic chemistryalcohols
- natural scienceschemical sciencescatalysis
- natural sciencesearth and related environmental sciencesatmospheric sciencesclimatologyclimatic changes
Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
Thema/Themen
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