在环境条件下将二氧化碳加氢为甲醇的开创性等离子催化工艺

Josiah01 · 发表于 2024-8-12 16:15:12

利物浦大学的研究人员在将二氧化碳（CO 2）转化为有价值的燃料和化学品方面取得了重要的里程碑，标志着朝着可持续净零经济迈出了重要一步。
该团队在《化学》杂志上发表的一篇论文中报道了一种在室温和大气压下将二氧化碳加氢为甲醇的开创性等离子体催化工艺。
这一突破解决了传统热催化的局限性，传统热催化通常需要高温和高压，导致二氧化碳转化率和甲醇产量低。
该新工艺利用非热等离子体反应器内的双金属 Ni-Co 催化剂，在 35°C 和 0.1 MPa 条件下实现了令人印象深刻的 46% 的甲醇单程选择性和 24% 的 CO 2转化率。
非热等离子体是一种含有高能电子和活性物质的电离气体，可以激活二氧化碳等惰性分子的强化学键，促进温和条件下的化学反应。
此外，基于等离子的模块化系统可以立即开启和关闭，为利用间歇性可再生电力进行燃料和化学品的分散生产提供了极大的灵活性。
利物浦大学等离子体催化系主任涂欣教授表示：“我们的工作表明，等离子体催化为环境条件下二氧化碳加氢制甲醇提供了一种灵活、分散的解决方案。
“我们最近的技术经济评估还表明，与传统的热催化CO2转化为甲醇工艺相比，该工艺可以显著降低资本成本，为利用可再生能源生产合成燃料提供了可行的途径。”
原位等离子体耦合傅里叶变换红外 (FTIR) 表征和密度泛函理论 (DFT) 计算表明，双金属 Ni-Co 界面是甲醇合成的主要活性中心，CO 2吸附和加氢通过 Eley-Rideal (ER) 机制发生，产生多种中间体。
此外，甲酸盐和羧基途径在甲醇的形成中都起着关键的作用，而逆水煤气变换（RWGS）和CO加氢途径在Ni-Co位点上被发现不太有利。
双金属催化剂中Ni-Co位点的精确控制对于通过促进CO 2分子在双金属界面的不对称吸附来调整每个反应途径的权重具有重要的前景，从而有效地调节产物的分布。
这项研究强调了等离子体催化作为一种新兴电气化技术在可持续 CO 2转化和燃料生产方面的巨大潜力。使用模块化和可扩展的等离子体系统在环境条件下进行这些反应的能力为化学工业提供了一种有吸引力的替代方案。
此外，基于等离子体的系统可由间歇性可再生电力提供动力，从而增强分散燃料和化学品生产的可行性。
这项开创性的工作是催化CO2转化领域的一大进步，为未来的研究和工业应用提供了有希望的途径，以应对可持续未来的挑战。
利物浦大学的研究团队是等离子体催化领域的领军人物，在将二氧化碳等离子催化转化为其他燃料和化学品方面也取得了开创性进展。例如，他们开发了前景光明的二氧化碳甲烷化和一步式沼气转化为甲醇的等离子体工艺，并已在该领域申请了三项 PCT 专利。

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