Регулирование селективности гидрирования CO2 до CO и CH4 за счет сильного взаимодействия металл-носитель 

·Перепечатано ООО «Сычуаньская химико-технологическая компания Шутай»

Глобальное потепление — это острая экологическая проблема XXI века. Выбросы CO₂, как основного парникового газа, продолжают расти, вызывая ряд экологических кризисов, таких как таяние ледников и повышение уровня моря. В рамках китайской стратегии «двойного углерода» технологии CCUS (улавливание, использование и хранение углерода) стали приоритетным направлением отраслевых исследований.
Превращение CO₂ в химические продукты с высокой добавленной стоимостью с помощью «зеленого» водорода является перспективным путем для утилизации углерода и построения циклической углеродной экономики. Реакция гидрирования CO₂ дает богатый спектр продуктов: CO, метан, метанол, муравьиную кислоту и другие вещества. Основная сложность заключается в направленном контроле продуктов: как заставить одну и ту же реакционную систему селективно производить либо CO, либо CH₄?
Многочисленные исследования подтверждают, что ключом к решению этой проблемы являются нанесенные катализаторы. Сильное взаимодействие металл-носитель (SMSI) — это своего рода «переключатель», скрытый внутри катализатора. Регулируя силу SMSI, можно изменять электронную структуру и состояние интерфейса катализатора, точно настраивая путь реакции гидрирования CO₂ и обеспечивая гибкое переключение селективности продуктов.
Что такое SMSI? Эволюция концепции
Концепция сильного взаимодействия металл-носитель (SMSI) была впервые предложена командой Таустера в 1978 году для объяснения снижения адсорбционной способности катализаторов на основе благородных металлов на носителе TiO₂ после высокотемпературной обработки водородом.
На ранних этапах исследований SMSI рассматривалось как причина деактивации катализатора: носитель мигрирует и обволакивает активные центры металла, подавляя адсорбцию малых молекул. С развитием методов характеризации in situ и теоретических расчетов DFT ученые обнаружили, что SMSI не является чисто негативным эффектом. Оно позволяет осуществлять перенос заряда между металлом и носителем, реконструировать структуру интерфейса и регулировать силу адсорбции реагентов и промежуточных соединений, становясь мощным инструментом для активного управления каталитическими свойствами.
По мере углубления исследований возникло множество новых механизмов, таких как электронное SMSI (EMSI), окислительное SMSI (OMSI), SMSI, опосредованное адсорбатом (A-SMSI), и другие. SMSI больше не рассматривается просто как явление инкапсуляции; оно охватывает перенос заряда, инкапсуляцию металла, изменение координационного окружения, анкеровку активных компонентов и другие интерфейсные взаимодействия, открывая новые горизонты для рационального дизайна катализаторов.
Основные характеристики SMSI (сильного взаимодействия металл-носитель): снижение адсорбционной способности металла по отношению к CO и H₂ после высокотемпературного восстановления; инкапсуляция металлических частиц носителем; перенос заряда от носителя к металлу; возможность восстановления вышеуказанной структуры после окислительной обработки.