La conversione di CO2 in combustibili solari (e-fuels) o altri prodotti chimici utili è al centro della transizione energetica. Uno dei processi più importanti in questo senso è la produzione di metanolo, CH3OH. Da più di mezzo secolo il metanolo nel mondo viene prodotto grazie a un catalizzatore eterogeneo, Cu/ZnO/Al2O3, dove nanoparticelle di Cu sono disperse su un supporto di allumina con particelle di ZnO come promotori. La reazione inizia con syngas, una miscela di CO, CO2 e idrogeno, e l’idrogenazione dell’anidride carbonica è una parte essenziale del processo. Nonostante l'importanza tecnologica e l'elevato numero di studi dedicati all'identificazione della struttura del catalizzatore, rimangono ancora diverse questioni aperte sulla natura dei siti e delle fasi attive.
Nell’articolo di prospettiva “From CO2 to Methanol on Cu/ZnO/Al2O3 Industrial Catalyst. What Do We Know about the Active Phase and the Reaction Mechanism?” (doi: 10.1021/acscatal.3c05669) pubblicato su ACS Catalysis (Impact factor 12.9 - 2022 Journal Impact Factor, Journal Citation Reports (Clarivate Analytics, 2023)), Gianfranco Pacchioni, professore ordinario del Dipartimento di Scienza dei Materiali dell’Università di Milano-Bicocca, propone una analisi delle ipotesi più accreditate sulla natura dei siti e delle fasi attive di questo catalizzatore. Diverse versioni vedono la formazione di leghe CuZn, la migrazione di ZnO sopra le nanoparticelle di Cu che vengono ricoperte da uno strato di ossido ultrasottile, il ruolo dell'interfaccia Cu-ZnO e in particolare la presenza di ioni Cu+ come promotori; altre riconoscono il ruolo dell'allumina come sorgente di siti acidi dove gli intermedi sono stabilizzati o che ioni Al agiscano come droganti della fase ZnO. La realtà è che tutti questi meccanismi probabilmente contribuiscono, ma in diverse condizioni di temperatura, pressione e composizione dei reagenti. Ciò si traduce in un catalizzatore dinamico che rende difficile, se non impossibile, l'identificazione inequivocabile dei siti attivi. Meno controverso è il meccanismo di reazione, anche se anche in questo caso il percorso seguito dalla reazione è una delicata funzione di diverse condizioni, tra cui la composizione della miscela di reazione e la presenza di acqua o altri contaminanti.