|
|
将二氧化碳 (CO 2 )（造成气候变化的主要化合物之一）高效转化为有用的燃料和化学品是长期以来备受追捧的研究目标。最近的研究引入了各种催化剂，可用于在电解器（即使用电力驱动特定化学反应的装置）中启动所谓的电化学 CO 2还原反应。
CO 2 还原反应是 CO 2分子被还原的化学过程，最终形成其他化学品或燃料。电解器中以前用于引发此反应的大多数催化剂都是金属的，例如铜、银和金。
然而，金属基催化剂通常表现出有限的可调性，这意味着利用它们将二氧化碳精确还原成特定的化学产品可能具有挑战性。因此，一些研究一直在评估替代非金属催化剂将二氧化碳转化为所需燃料和化学品的潜力。
香港中文大学、奥克兰大学和国立阳明交通大学的研究人员最近推出了一种新型三唑分子催化剂，用于高效电化学还原二氧化碳为甲烷 (CH 4 )。发表在《自然能源》杂志上的一篇论文介绍了一种利用这种催化剂的初步系统，该系统被发现能够可靠地将二氧化碳转化为甲烷，表现出良好的效率和周转频率。
“有机分子催化剂比金属催化剂更易于调节，但仍无法在工业相关电流密度下长期催化 CO2 转化为碳氢化合物，催化机理仍不清楚，”徐占友、陆瑞虎及其同事在论文中写道。“我们报道了一种基于 3,5-二氨基-1,2,4-三唑的膜电极组件，用于将 CO2转化为 CH4，法拉第效率为 (52 ± 4)%，周转频率为 23,060 h −1，电流密度为 250 mA cm −2。”
研究人员设计了一个使用三唑分子催化剂还原 CO 2的初始系统，并在一系列测试中探索了其性能，他们在 10A 电流下运行了 10 小时的电解。他们的发现非常有希望，并为他们提供了宝贵的见解，让他们了解他们的系统将 CO 2转化为 CH 4 的过程。
“我们的机理研究表明，由于活性位点的空间分布和分子轨道的合适能级，3,5-二氨基-1,2,4-三唑电极上的CO 2还原通过中间体 *CO 2 –*COOH–*C(OH) 2 –*COH 生成 CH 4 ，”徐、陆及其同事写道。“在总电流为 10 A（电流密度= 123 mA cm −2 ）下运行 10 小时的试验系统能够以 23.0 mmol h −1的速率生成 CH 4。 ”
总体而言，这项最新研究的结果凸显了三唑分子催化剂在实现可扩展和选择性 CO 2电还原方面的潜力。他们发现的有前途的催化剂，即 3,5-二氨基-1,2,4-三唑 (DAT)，可能很快就会被其他研究团队进一步研究和评估，或者可能启发设计类似的催化剂，将 CO 2转化为其他有用的化学物质。
|
|
发表于 2024-10-23 23:06:22