在環(huán)境條件下將二氧化碳加氫為甲醇的開創(chuàng)性等離子催化工藝

利物浦大學(xué)的研究人員在將二氧化碳(CO 2)轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的燃料和化學(xué)品方面取得了重要的里程碑，標(biāo)志著朝著可持續(xù)凈零經(jīng)濟(jì)邁出了重要一步。

該團(tuán)隊(duì)在《化學(xué)》雜志上發(fā)表的一篇論文中報(bào)道了一種在室溫和大氣壓下將二氧化碳加氫為甲醇的開創(chuàng)性等離子體催化工藝。

這一突破解決了傳統(tǒng)熱催化的局限性，傳統(tǒng)熱催化通常需要高溫和高壓，導(dǎo)致二氧化碳轉(zhuǎn)化率和甲醇產(chǎn)量低。

該新工藝?yán)梅菬岬入x子體反應(yīng)器內(nèi)的雙金屬 Ni-Co 催化劑，在 35°C 和 0.1 MPa 條件下實(shí)現(xiàn)了令人印象深刻的 46% 的甲醇單程選擇性和 24% 的 CO 2轉(zhuǎn)化率。

非熱等離子體是一種含有高能電子和活性物質(zhì)的電離氣體，可以激活二氧化碳等惰性分子的強(qiáng)化學(xué)鍵，促進(jìn)溫和條件下的化學(xué)反應(yīng)。

此外，基于等離子的模塊化系統(tǒng)可以立即開啟和關(guān)閉，為利用間歇性可再生電力進(jìn)行燃料和化學(xué)品的分散生產(chǎn)提供了極大的靈活性。

利物浦大學(xué)等離子體催化系主任涂欣教授表示：“我們的工作表明，等離子體催化為環(huán)境條件下二氧化碳加氫制甲醇提供了一種靈活、分散的解決方案。

“我們最近的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)估還表明，與傳統(tǒng)的熱催化CO2轉(zhuǎn)化為甲醇工藝相比，該工藝可以顯著降低資本成本，為利用可再生能源生產(chǎn)合成燃料提供了可行的途徑。”

原位等離子體耦合傅里葉變換紅外 (FTIR) 表征和密度泛函理論 (DFT) 計(jì)算表明，雙金屬 Ni-Co 界面是甲醇合成的主要活性中心，CO 2吸附和加氫通過 Eley-Rideal (ER) 機(jī)制發(fā)生，產(chǎn)生多種中間體。

此外，甲酸鹽和羧基途徑在甲醇的形成中都起著關(guān)鍵的作用，而逆水煤氣變換(RWGS)和CO加氫途徑在Ni-Co位點(diǎn)上被發(fā)現(xiàn)不太有利。

雙金屬催化劑中Ni-Co位點(diǎn)的精確控制對(duì)于通過促進(jìn)CO 2分子在雙金屬界面的不對(duì)稱吸附來調(diào)整每個(gè)反應(yīng)途徑的權(quán)重具有重要的前景，從而有效地調(diào)節(jié)產(chǎn)物的分布。

這項(xiàng)研究強(qiáng)調(diào)了等離子體催化作為一種??新興電氣化技術(shù)在可持續(xù) CO 2轉(zhuǎn)化和燃料生產(chǎn)方面的巨大潛力。使用模塊化和可擴(kuò)展的等離子體系統(tǒng)在環(huán)境條件下進(jìn)行這些反應(yīng)的能力為化學(xué)工業(yè)提供了一種有吸引力的替代方案。

此外，基于等離子體的系統(tǒng)可由間歇性可再生電力提供動(dòng)力，從而增強(qiáng)分散燃料和化學(xué)品生產(chǎn)的可行性。

這項(xiàng)開創(chuàng)性的工作是催化CO2轉(zhuǎn)化領(lǐng)域的進(jìn)步，為未來的研究和工業(yè)應(yīng)用提供了有希望的途徑，以應(yīng)對(duì)可持續(xù)未來的挑戰(zhàn)。

利物浦大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)是等離子體催化領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物，在將二氧化碳等離子催化轉(zhuǎn)化為其他燃料和化學(xué)品方面也取得了開創(chuàng)性進(jìn)展。例如，他們開發(fā)了前景光明的二氧化碳甲烷化和一步式沼氣轉(zhuǎn)化為甲醇的等離子體工藝，并已在該領(lǐng)域申請(qǐng)了三項(xiàng) PCT 專利。

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