Tilbake til søkeresultatene

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek

MOF Based Single-Site Cooperative Catalysis for CO2 Hydrogenation

Alternativ tittel: MOF-basert kooperativ katalyse for CO2-hydrogenering

Tildelt: kr 11,9 mill.

En hovedutfordringene i det 21. århundret er å redusere CO2-utslipp i atmosfæren og minske virkningen av denne drivhusgassen på global oppvarming. Teknologi for karbonfangst og -lagring er dyrt og innføringen er fremdeles begrenset i praksis. På den annen side er solenergi, vindkraft, og annen fornybar ikke alltid tilgjengelig, noe som krever effektive metoder for lagring i storskala. En lovende løsning er å bruke fangst av CO2 og H2 fra fornybare kilder til å produsere flytende drivstoff og kjemikalier. Denne reaksjonen er knapt i bruk i industrien på grunn av de høye kostnadene knyttet til CO2-rensing og transport, og den reaktiviteten til CO2, noe som også danner uønskede biprodukter. CO2pCat tar sikte på å takle disse begrensningene ved å utvikle porøse nanomaterialer som muliggjør CO2-fangst og dets selektive omdannelse til metanol og vann. CO2pCat ønsker å nå dette målet ved å kombinere beregningssimuleringer med eksperimenter for å bedre forståelsen av CO2-transformasjonen på et molekylært nivå, og designe systemer ved å bruke algoritmer fra maskinlæring. Overgangen fra beregningsmodeller til virkelige eksperimentelle systemer er relativt lett med små metall-organiske molekyler, men er utfordrende med nanomaterialer. Den siste utviklingen i syntesen av metall-organiske-rammeverk (MOFer) har endret situasjonen, noe som muliggjør rasjonell syntese av disse materialene. På den annen side vil kombinasjonen av algoritmer fra maskinlæring og beregningssimuleringer øke tempoet på oppdagelsen av molekyler som muliggjør kjemiske transformasjoner. Den tverrfaglige ekspertisen hos CO2pCat-medlemmene, tilknyttede medlemmer ved både Senter for materialvitenskap og nanoteknologi (SMN) og Hylleraas-senteret for kvantemolekylær vitenskap, vil gjør det lettere å nå målene i CO2pCat-prosjektet.

One of the main challenges of the 21st century is the reduction of CO2 emissions into the atmosphere by replacing fossil fuels with renewable energy sources. The CO2pCat research project aims at developing a multivariate metal organic framework (MTV-MOF) involving functionalized linker cooperation for the selective hydrogenation of CO2 to methanol. Methanol is a versatile liquid and an ideal CO2 derivative when made by renewable hydrogen sources. However, efforts to perform this reaction with heterogeneous and homogeneous catalysts under mild conditions have failed at achieving high conversion with high selectivity. A combined approach, immobilizing well-defined molecular catalysts on porous materials has only yielded reduction of CO2 to formate. The use of MOFs with Cu(I) functionalized Zr-nodes leads to ethanol and requires a photosynthesizer to stabilize the catalyst. In CO2pCat, these limitations will be overcome by using linkers able to: 1) hold, and stabilize the active catalyst; 2) promote the cooperative activation of H2 via metal-ligand bifunctionality; and 3) promote the cooperative hydrogenation of formic acid via catalyst-amine cooperation. In order to achieve these goals, state-of-the-art computational methods and machine learning techniques will be used to design these linkers. The systems designed in silico will be implemented experimentally by using the recent advances in MOF synthesis by postsynthetic strategies. Computational methods combined with kinetic experiments will be used to get mechanistic insight into the cooperative activation of H2 and formic acid on reported and newly developed systems. In total, CO2pCat will provide chemical understanding on CO2 hydrogenation processes, a large database of catalyst-linkers able to hydrogenate CO2, and a single-site heterogeneous catalyst for the hydrogenation of CO2 to methanol.

Aktivitet:

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek