新型催化剂将二氧化碳变为甲烷
资讯类型:行业新闻 加入时间:2020年1月13日13:44
 
    研究人员一直试图模仿光合作用,利用太阳的能量制造化学燃料。据美国《科学》杂志网站近日报道,现在,美国科学家开发出一种新型铜-铁基催化剂,可借助光将二氧化碳转化为天然气主要成分甲烷,这一方法是迄今最接近人造光合作用的方法。研究人员称,新催化剂如获进一步改良,将降低人类对化石燃料的依赖。

    甲烷已超煤炭成为美国主要发电燃料。甲烷燃烧时会分解成二氧化碳和水,释放出的热量可发电。而利用阳光制造甲烷则相反:二氧化碳、水,加电生成甲烷。但这种转换并非易事——必须将八个电子和四个质子加到一个二氧化碳分子中,才能形成一个甲烷分子,而每添加一个电子和质子都需要能量来推动反应继续进行。

    金属催化剂可加速这些反应。几年前,科学家发现,铜颗粒与吸光材料携手,有望将二氧化碳转化为能量更丰富的化合物,但这种方法的效率和速度都很低。2016年,研究人员报告称,含有铜和金的催化剂可将二氧化碳转化为一氧化碳(工业上广泛使用的化合物)。2019年3月,密歇根大学电气工程师米泽田(音译)及同事发现,在吸光氮化镓(GaN)纳米线阵列顶部生长的钌-锆基催化剂能将二氧化碳变为另一种工业化合物。但上述诸多反应都无法制造出能广泛使用的燃料。

    现在,米泽田团队制造出的新催化剂解决了这一问题。他们先在商用硅晶圆上生长出氮化镓纳米线,然后用电沉积方法,朝其上添加5至10纳米宽的颗粒(由铜和铁组成)。得到的化合物在光照下,在二氧化碳和水存在时,可快速将光中51%的能量转换为甲烷。

    米泽田表示,新催化剂是所有将二氧化碳转化为甲烷的光驱动催化剂中,转化效率和产量最高的。计算机模型表明,催化剂中的两种金属携手与二氧化碳分子结合,使其更易于反应并吸收进入的电子。米泽田解释道:“这降低了关键步骤的能量屏障。”

    研究人员称,新催化剂的组成成分价格便宜,数量丰富,他们计划进一步提高甲烷生产的效率。(记者刘霞)
文章来自:中国催化剂网
文章作者:webmaster
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