Metanolisynteesin laskennallinen tutkimus Cu/ZnO-katalyyteillä

Abstract

Metanolisynteesi on tärkeä reaktio teollisuuskemikaalien tuottamiselle ja lisäksi potentiaalinen keino hidastaa ilmastonmuutosta. Reaktiossa käytettäviä bifunktionaalisia alumiinioksidille tuettuja Cu/ZnO-katalyyttejä on tutkittu paljon vuosien varrella, mutta yksimielisyyttä katalyytin aktiivisesta kohdasta ja reaktiomekanismista ei ole saavutettu. Viimeisimmät tutkimukset ovat kuitenkin osoittaneet, että ristiriitaiset tulokset aktiivisen kohdan luonteesta johtuvat tutkimusten välillä poikkeavista reaktio-olosuhteista. Todennäköisin aktiivinen kohta on kuparin ja sinkkioksidin rajapinta. Reaktiomekanismina toimii todennäköisesti formiaatin kautta etenevä reitti.

Tutkimusprojektissa testattiin yksinkertaisia laskennallisia malleja nanorakenteisen sinkkioksidin ja kuparipinnan rajapinnasta. Malleilla tarkasteltiin hiilidioksidin adsorptiota ja formiaatin vedytysreaktioita. Hiilidioksidin adsorptio mallipinnoille oli lievästi endotermistä tai termoneutraalia. Pinta aktivoi molekyylin, mikä havaittiin muutoksina pinnan ja molekyylin elektronirakenteissa sekä molekyylin taipumisena. Formiaatin vedytysreaktioiden reaktioentalpiat ovat malleilla yli 1 eV eli hyvin endotermisiä. Käytetyn mallin puutteiden vuoksi reaktioille ei pystytty määrittämään aktivaatioenergioita.