Tilbake til søkeresultatene

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

KeyMAT: Advanced Synthesis Designs to Unlock Redox/Acidity Cooperativity in Nanoporous Materials for Selective Oxidation Reactions

Alternativ tittel: KeyMAT: Avanserte syntesedesign for å studere redoks-/syrekooperativitet i nanoporøse materialer for selektive oksidasjonsreaksjoner

Tildelt: kr 8,0 mill.

Katalytiske oksidasjoner er en viktig ryggrad i den kjemiske industrien og kan også spille en betydelig rolle i å ta opp noen av samfunnets mest presserende problemer som klimaendringer, dårlig luftkvalitet og plastavfall. Sistnevnte er av økende vitenskapelig interesse lover å gi brukt plast et nytt liv, og bidra til å etablere en sirkulær økonomi. Imidlertid genererer plast-upcycling betydelige mengder små alkaner (C1-C6). Små alkaner, som metan, er viktige klimagasser som bidrar til klimaendringer. I tillegg til resirkulering av plast er det også nødvendig å redusere avfallsmetan (og andre småalkaner) for å redusere opp i stor skala, biogasslekkasje fra kommunalt avfall. Selektiv oksidasjon er en mulig løsning på dette problemet. Mestring av selektive metan oksidasjoner ved bruk av menneskeskapte katalysatorer – materialer som er i stand til å utføre ønskelige molekyltransformasjoner uten å bli konsumert eller endret selv – krever effektiv isolering av det opprinnelige produktet (f.eks. metanol). Et gjennombrudd kom i 2005 ved å bruke et uorganisk, krystallinsk og porøst aluminiumsilikat – en zeolitt. Disse materialene brukes ofte i et stort antall industrielle prosesser, på grunn av deres surhet, termiske stabilitet og molekylære siktingsevne. Det er mer enn 250 forskjellige zeolittstrukturer kjent til dags dato, materialer med en rekke porearkitekturer, forskjellige poreåpninger (typisk en porediameter 0,4-1,0 nm) og tilgjengelighet. Imidlertid er det et gap i vår kunnskap angående det strukturelle motivet til det aktive oksidasjonsstedet relatert til zeolittrammeverket som KeyMAT prøver å adressere. Synergien mellom redokssteder og sure lokaliteter vil bli utforsket med mål om å bli optimalisert. Dette vil bli oppnådd ved å oppnå atomistiske endringer i zeolittrammeverket initiert under materialsyntesen. Suksessen til KeyMAT vil gi viktig innsikt i redoksreaksjoner, ikke bare over zeolitter, men også over supported og bulk metalloksidkatalyse

Selective oxidation of alkanes such as methane promises to be an efficient waste mitigation strategy, provided superior and scalable catalysts can be designed, exhibiting both high activity and selectivity. The challenge is in the strong C-H bond of methane with a bond dissociation energy (BDE) of 435 kJ/mol posing a large energy barrier for H-abstraction, requiring large-scale, energy intensive steam reforming facilities. Here the molecule is completely disassembled. Yet, the remote and distributed location of the gaseous waste-methane feedstock precludes the use of this centralized chemical industry. Thus, ground-breaking selective oxidation technology is crucial. KeyMAT will tackle this challenge with an evolutionary catalyst synthesis approach, inspired by enzymatic complexity, tuning acid sites to unlock the most efficient redox sites. Methane consuming enzymes are able to use molecular oxygen to catalytically functionalize the methane molecule without its disassembly. The enzyme's success is precipitated on a variety of complex facets such as metal-oxo clusters coordinated by histidine ligands, co-enzymes, and an intricate gating mechanism preventing the overoxidation of the methanol product to carbon dioxide. However, their implementation in chemical processing plants is limited by low turnovers, stability and scale-up issues. Translating enzymatic specificity to inorganic bio mimics such as zeolites has yet to be successfully reported. Cu-zeolites can oxidize methane with molecular oxygen albeit it only in a non-catalytic fashion. This is owed to strong retention of intermediates and insufficient substrate/product discrimination. KeyMAT's approach aims to resolve this by introducing more complexity into the zeolite host structure. This will allow control over active site location and coordination, and substrate/product discrimination paving the way for the next generation of selective oxidation catalysts for small alkanes.

Budsjettformål:

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