Сначала команда показала, что цинковый компонент активного центра заряжен положительно и что катализатор имеет до двух активных центров на основе меди. «Состояние цинкового компонента в активном центре было предметом неоднозначных дискуссий с момента появления катализатора в 1960-х годах. Основываясь на наших выводах, теперь мы можем получить множество идей о том, как оптимизировать катализатор в будущем », – подчеркивает профессор Мартин Мюлер, руководитель отдела промышленной химии в RUB и научный сотрудник Макса Планка в MPI CEC.
Для этого проекта он сотрудничал с исследователем из Бохума доктором. Даниэль Лауденшлегер и исследователь из Мюльхейма д-р. Хольгер Руланд.
Устойчивое производство метанола
Исследование было включено в проект Carbon-2-Chem, целью которого является сокращение выбросов CO2 за счет использования металлургических газов, образующихся при производстве стали, для производства химикатов. В сочетании с водородом, полученным электролитическим способом, металлургические газы также могут служить исходным материалом для устойчивого синтеза метанола. В рамках проекта Carbon-2-Chem исследовательская группа недавно изучила, как примеси в металлургических газах, которые образуются на коксовальных заводах или в доменных печах, влияют на катализатор.
Это исследование в конечном итоге проложило путь к пониманию структуры активного сайта.
Активный сайт отключен для анализа
Исследователи определили азотсодержащие молекулы – аммиак и амины – как примеси, которые действуют как каталитические яды. Они дезактивировали катализатор, но не навсегда: если примеси исчезают, катализатор восстанавливается сам. Используя уникальную исследовательскую аппаратуру собственной разработки, я.е. проточный аппарат непрерывного действия со встроенным импульсным блоком высокого давления, исследователи пропускали аммиак и амины по поверхности катализатора, временно дезактивируя активный центр цинковым компонентом.
Несмотря на то, что цинковый компонент был дезактивирован, на катализаторе все еще происходила другая реакция: превращение этена в этан. Таким образом, исследователи обнаружили второй активный центр, работающий параллельно, который содержит металлическую медь, но не имеет цинкового компонента.
Поскольку аммиак и амины связаны с положительно заряженными ионами металлов на поверхности, было очевидно, что цинк, как часть активного центра, несет положительный заряд.