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《美国研究团队开发出将二氧化碳转换为碳基材料的新工艺》

  • 来源专题：先进材料
  • 编译者： 李丹
  • 发布时间：2025-01-06

  • 转自全球技术地图

    据科情智库12月31日消息，美国华盛顿大学与特拉华大学的研究团队开发出一条利用二氧化碳生产碳纳米复合材料的全新工艺路线，并建立了生产集成系统，可将温室气体转变为高性能工程材料。碳纳米复合材料具有轻质、高强、高热稳定性等优点，是铝基和钛基轻合金等的优质替代品，在3D打印等领域有着重要应用。研究团队首先利用基于阴离子交换膜的电解槽组将二氧化碳转化为一氧化碳，然后将一氧化碳引导至热化学反应器并通过热催化将其转化为碳纳米管（CNT），最后利用3D打印技术将CNT打印为高密度碳纳米复合材料。实验表明，经催化剂体系优化后，该工艺在550℃的适中温度下实现了高达84%的CNT转化率，生产速率也达到每克催化剂作用下每小时产出2.9克CNT。该生产集成系统在200多小时的持续运行中保持了性能稳定，与传统的化石燃料衍生方法相比，碳纳米管生产成本降低了90%，这对未来工业化应用具有重要意义。相关研究成果发表在《Nature Communications》期刊。

  • 原文来源：https://mp.weixin.qq.com/s/6NsBZuhLldCBaUvuqAPmgA
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  • 《科思创推出用于合成运动地板的二氧化碳基材料》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2018-11-26
    • 与二氧化碳相结合：合成运动地板首次可以用二氧化碳生产 - 这意味着需要更少的原油作为原料。世界上第一个这种底层地板现已在德国西部克雷菲尔德（Krefeld）的一家著名体育俱乐部的曲棍球设施中开放使用。这种特别可持续的新材料来自材料制造商科思创（Covestro），该公司开发了一种开创性的工艺，将二氧化碳的利用技术在市场中推向成熟。这可以节省高达五分之一的原油用量 - 这是对资源保护和回收管理的创新贡献。 底层地板的二氧化碳包含在粘合剂中 - 或者更准确地说，包含在其中一种成分中，即包含在多元醇中。到目前为止，这种名为cardyon®的新型二氧化碳基材料已被用于生产床垫和软垫家具的软质聚氨酯泡沫，已经上市销售。目前该材料用于体育运动的进一步发展，是扩大应用范围的下一步。 使用二氧化碳，节约石油 “使用二氧化碳作为新原料是一种有前景的方法，可以使化学和塑料行业的生产更具可持续性，”科思创首席执行官Markus Steilemann博士解释道。“通过这种方式，我们在闭环过程中使用二氧化碳并节省了石油。在此基础上，我们希望为尽可能多的应用领域提供全面的产品组合，这符合我们“让世界变得更加光明”的愿景。” 用二氧化碳生产的新粘合剂，第一个客户是全球活跃的运动地板生产商波利坦（Polytan）。该公司位于德国巴伐利亚的布格海姆（Burgheim, Bavaria），是一家运动场地集团（Sport Group），该公司使用这种材料与橡胶颗粒一起生产弹性地板。该集团采购经理丹尼尔•克洛姆普(Daniel Klomp)表示： “我们非常重视可持续原材料的使用，并一直在寻找比传统产品更环保的替代品。理想情况下，产品的质量也能得到改善。科思创用cardyon®材料保证了这一点.” 第一个二氧化碳基地板现在在“Crefelder曲棍球和网球俱乐部”使用。传统俱乐部拥有德国领先的曲棍球设施之一，多次作为国际比赛和锦标赛的场地。这家传统俱乐部拥有德国领先的场地曲棍球设施之一，并多次作为国际比赛和锦标赛的场地。底层地板铺设在一个99×59米的运动场上，用来缓冲同样来自Polytan的亮蓝色人造草坪的影响。“体育不仅有益于健康，而且有助于可持续发展。我们正在通过新装备的曲棍球场地证明这一点，这肯定会使我们的俱乐部更具吸引力，”俱乐部经理罗伯特·哈克（Robert Haake）解释说。 创新技术 通过科思创与合作伙伴共同开发的特别环保技术，可以将二氧化碳用作塑料原料。二氧化碳被用作重要元素“碳”的原料，而不再以石油为基础作为原材料。因此，高达20％的传统化石原料可被二氧化碳取代。科思创在科隆附近的多尔马根（Dormagen）工厂生产这种新型二氧化碳基多元醇。二氧化碳的供应来自邻近的一家化学公司，该公司将其作为副产品生产。
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  • 《沪科研团队开发首个能量转换效率超20%的二氧化碳还原人工光合作用系统》
    • 来源专题：生物科技领域知识集成服务
    • 编译者：陈方
    • 发布时间：2020-09-11
    • 近日，上海科技大学校物质学院林柏霖课题组通过新型电极的构造和系统工程优化，首次开发出了太阳能到化学能的能量转换效率超过20%的二氧化碳（CO2）还原人工光合作用系统，相关工作以“An Artificial Photosynthetic System with CO2-Reducing Solar-to-Fuel Efficiency Exceeding 20%”为题，在国际知名期刊《材料化学杂志A》（《Journal of Materials Chemistry A》）上在线发表。 植物通过光合作用把太阳能转换成电势能，进而驱动一系列生化反应把二氧化碳和水转化成含碳的能量载体和氧气，是碳基生物利用能源和碳物质的核心基础过程。但是自然光合作用中太阳能到化学能的转换效率太低，虽然理论值最高可以达到8%左右，但是实际上一般小于1%，因而消耗了大量的土地和水资源，难以满足人类社会面临的日益严峻的可持续发展挑战。受自然界光合作用的启发，人工光合作用可以通过光伏器件将太阳能转换成电能，再驱动电化学系统将水氧化成氧气，同时把CO2还原为含碳能量载体或者具有高附加值的产物。人工光合作用不仅可以实现CO2的减排，还可以将太阳能转换成方便存储的化学能，是实现人类可持续发展的一个关键策略，从上个世纪以来就吸引了全球科学家持续而广泛的研究兴趣。然而在本项工作之前，即使使用CO2电还原活性最高的金催化体系，太阳能到化学能的最高能量转换效率也不到18%。 林柏霖课题组创造性地开发了一种在纳米多孔聚丙烯膜上负载纳米多层级孔Ag的一体化薄膜电极（nmp-Ag），可同时在低过电势下实现高活性、高选择性和高稳定性的CO2电还原。该电极可在极低的过电势下能够将CO2高选择性地还原为一氧化碳（CO）（40 mV时大约为80%，在90-290 mV时大约为100%）。在所有可能的CO2还原产物中，CO是每消耗单位能量具有最高的CO2减排能力的产物之一。此外，工业界现有的成熟技术可以大规模地将CO转化为其它常用的燃料或高附加值产物，比如汽油和甲醇等。通过实验和理论分析表明，这种纳米多级孔结构不仅可以增加活性位点的数量，同时也突破了前人报道的基于薄膜电极的三相界面扩散极限的限制，从而在低过电势下实现相对较高的CO2电还原分电流密度和CO的选择性。 林柏霖课题组通过定量系统工程分析发现该电极如果与目前最先进的太阳能电池相搭配，可以充分利用太阳电池的光电流，预计可以实现太阳能到化学能的最高转换效率约为25%。之后，他们将该电极与课题组开发的镍铁基阳极相结合，在系统工程分析定量结果的指导下，与商业化的太阳能电池相匹配，开发出了基于CO2还原的人工光合作用系统，在28 小时的长时间测试过程中表现出良好的稳定性，整个系统的太阳能到化学能最高转换效率达到了约20.4%，全程平均能量转换效率为20.1%，超过了目前所有已知的CO2还原人工光合作用系统。 此外，本项工作还通过定量系统工程分析揭示了在高效人工光合作用系统的构建中，相比于学界普遍关注的光电转换效率，太阳电池的光电流是当前更需要突破的关键指标，这一发现对未来人工光合作用系统的进一步突破具有重要的指导意义。 林柏霖课题组的助理研究员肖彦军和2017级博士研究生钱瑶为该研究工作的共同第一作者，林柏霖为通讯作者，上海科技大学为第一完成单位。上科大物质学院分析测试平台和电镜中心给予了大力支持。 论文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2020/ta/d0ta06714h
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