Figura. (A dalt) Espectres de Mo 3d NAP-XPS registrats sota una barreja de CO2 + H2 en dos catalitzadors diferents Mo/TiO2. (A sota) Imatge STEM-HAADF d'una mostra de Mo / TiO2 on es veuen àtoms de Mo individuals, juntament amb una representació de la reacció.

Cerdanyola del Vallès, 2 de novembre de 2021

.  La reducció de les emissions de gasos d'efecte hivernacle és una de les preocupacions mediambientals més grans, present en les estratègies i objectius climàtics de la Comissió Europea. L'estratègia més prometedora per a la valorització del diòxid de carboni (CO₂) consisteix en la conversió de CO₂ a metanol per hidrogenació (reacció amb hidrogen - H₂). Aquest procés té el doble avantatge d'eliminar el CO₂ (present a l'atmosfera o als efluents industrials) i produir un compost útil, el metanol, que pot servir com a combustible (per exemple, a les piles de combustible dels automòbils) o a la producció de plàstics, productes farmacèutics, tèxtils, etc.

La hidrogenació és un procés que es realitza en presència d'un catalitzador, però el que es fa servir majoritàriament per a la producció industrial de metanol presenta alguns desavantatges que porten a la seva desactivació durant la reacció. Per tant, és convenient desenvolupar catalitzadors alternatius amb rendiments millorats respecte a l'estabilitat, l'activitat i la selectivitat al metanol. 

Un equip de recerca internacional ha demostrat en un estudi recent que un sistema basat en molibdè sobre diòxid de titani (Mo/TiO₂), que fins ara no es coneixia com un catalitzador d'hidrogenació de CO₂, sí que catalitza la hidrogenació de CO₂ cap a metanol. A més, han descobert que la seva activitat i selectivitat depenen en gran mesura del tipus de diòxid de titani (estructura atòmica i forma de cristal·leta) i de la cobertura de molibdè emprada. El sistema òptim consisteix en un petit percentatge en pes de molibdè "ultradispers" sobre nanorods de rútil i diòxid de titani.

Després de preparar el catalitzador, l'equip va caracteritzar la seva estructura amb diverses tècniques analítiques, inclosa l'espectroscòpia fotoelectrònica de raigs X de pressió propera a l'ambient (NAP-XPS) realitzada a la línia de llum CIRCE del Sincrotró ALBA, i amb microscòpia electrònica avançada. Aquests experiments van permetre identificar espècies superficials d'òxid de Mo-Ti reductibles com els llocs catalítics actius (on té lloc la reacció), en presència dels reactius gasosos (CO₂, H₂). El catalitzador més actiu per a la producció de metanol involucra cations de molibdè aïllats amb un estat d'oxidació més baix, ancorats en nanorods de rútil i diòxid de titani (com es veu a la figura anterior).

Aquest estudi és una col·laboració entre institucions de recerca franceses i espanyoles: l'Institut de Recherche sur la Catalyse et l'Environnement de Lyon (IRCELYON), l'Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg, el Laboratoire Hubert Curien, el Sincrotró ALBA i l'Institut de Tècniques Energètiques (UPC). Ha rebut suport financer de l'ANR francés, a través del projecte UltraCat.

Referència: Thomas Len, Mounib Bahri, Ovidiu Ersen, Yaya Lefkir, Luis Cardenas, Ignacio J. Villar-Garcia, Virginia Pérez Dieste, Jordi Llorca, Noémie Perret, Ruben Checa, Eric Puzenat, Pavel Afanasiev, Franck Morfina and Laurent Piccolo. Ultradispersed Mo/TiO₂ catalysts for CO₂ hydrogenation to methanol. Green Chem. 23, 7259 (2021). DOI: 10.1039/d1gc01761f

Amb la col·laboració de la Fundació Espanyola per a la Ciència i la Tecnologia. El Sincrotró ALBA forma part de la xarxa d'Unitats de Cultura Científica i de la Innovació (UCC+i) de la Fundació Espanyola per a la Ciència i la Tecnologia (FECYT) i ha rebut suport a través del projecte FCT-20-15798.