新催化剂将温室气体再循环为燃料和氢气

科学家已经通过开发一种持久,经济的催化剂,朝着循环碳经济迈出了重要的一步,该催化剂将温室气体再循环为可用于燃料,氢气和其他化学物质的成分。研究人员称,在逆转全球变暖的努力中,这一结果可能是革命性的。该研究于2月14日发表在《科学》杂志上。

“我们着手开发一种有效的催化剂,该催化剂可以无故障地转化大量温室气体中的二氧化碳和甲烷,” KAIST化学与生物分子工程和化学副教授,Cafe T. Yavuz说。

该催化剂由廉价且丰富的镍,镁和钼制成,可引发并加快将二氧化碳和甲烷转化为氢气的反应速率。它可以有效工作一个多月。

这种转换被称为“干重整”,其中处理诸如二氧化碳之类的有害气体以产生更多有用的化学物质,这些化学物质可以被精制以用于燃料,塑料甚至药物。这是一个有效的过程,但是以前需要稀有和昂贵的金属(例如铂和铑)来引发短暂而无效的化学反应。

其他研究人员此前曾提出将镍作为一种更经济的解决方案,但会形成碳副产物,并且表面纳米粒子将在廉价的金属上结合在一起,从根本上改变了催化剂的组成和几何形状,并使其变得无用。

Yavuz说:“困难在于缺乏对庞大催化剂表面活性位点的控制,因为尝试的任何精制方法也会改变催化剂本身的性质。”

研究人员在还原环境下,在单晶氧化镁的存在下,生产了镍钼纳米粒子。当成分在反应气体下加热时,纳米粒子在原始晶体表面移动,寻找锚定点。

生成的活化催化剂密封了其自身的高能活性位点,并永久固定了纳米颗粒的位置-意味着镍基催化剂将不会积碳,而且表面颗粒也不会彼此结合。

KAIST化学与生物分子工程学系的研究生第一作者宋永东说:“我们花了将近一年的时间才了解其基本机理。” “一旦我们详细研究了所有化学事件,我们就会感到震惊。”

研究人员将其称为单晶边缘的催化剂纳米催化剂(NOSCE)。氧化镁纳米粉来自精细结构形式的氧化镁,其中分子连续结合到边缘。表面没有断裂或缺陷,可进行均匀且可预测的反应。

Yavuz说:“我们的研究解决了催化剂行业面临的许多挑战。” “我们相信,NOSCE机制将改善其他低效的催化反应,并进一步节省温室气体的排放。”

这项工作得到沙特阿拉伯石油公司-KAIST二氧化碳管理中心和韩国国家研究基金会的部分支持。

其他贡献者包括Ercan Ozdemir,Sreerangappa Ramesh,Aldiar Adishev和Saravanan Subramanian,他们都与KAIST的能源,环境,水和可持续性研究生院有联系。Aadesh Harale,Mohammed Albuali,Bandar Abdullah Fadhel和Aqil Jamal,都在沙特阿拉伯的研究和发展中心工作;

和Dohyun Moon和Sun Hee Choi,他们都在韩国浦项加速器实验室工作。Ozdemir还隶属于土耳其盖布泽技术大学纳米技术研究所。Fadhel和Jamal还隶属于韩国的Saudi-Armco-KAIST CO2管理中心。

文章来源:ScienceDaily

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