《新型催化剂可将二氧化碳转化为甲醇》

  • 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:2018-05-15
  • 最新一期国际学术期刊《自然·纳米技术》的封面文章 ,介绍了来自中国的重要成果:新型催化剂可把二氧化碳这一温室气体高效转化为清洁液体燃料——甲醇。该成果由中国科学技术大学曾杰教授研究团队完成。

      二氧化碳是当今最主要的温室气体,也是一种“碳源”,如果能借助科技手段将其“变废为宝”,不仅能缓解碳排放引发的温室效应,还将成为理想的能源补充形式。

      据介绍,在这种新型催化剂中,铂以原子级别分散在载体表面,从而实现了最大化的贵金属原子利用率,有效降低了材料成本。实用化贵金属催化剂的负载量一般在5%以上,然而,过去的制备手段合成的单原子催化剂负载量很低,整体催化效率不高。该项工作中,科研人员将其负载量提高到7.5%,大大加快了单原子催化剂从实验室走向工业界的进程。

      科研人员还发现,在二氧化碳加氢制甲醇的反应中,两个近邻铂原子的催化活性远高于两个孤立的铂原子的活性之和。针对这种“1+1>2”的现象,他们创造性地提出了“单中心近邻原子协同催化”这一新概念,颠覆了人们对单原子之间互不干扰的传统认识。

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    • 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:2018-01-30
    • 将二氧化碳(CO2)转化为可用燃料一方面可以提供可持续的能源,另一方面又可以减少大气中的二氧化碳,可谓一举两得。现在,来自韩国大邱庆北科学技术院(DGIST)的研究人员开发了一种基于二氧化钛(TiO2)的光活性催化剂,可以工业化地利用二氧化碳来制备所需的燃料(Sorcar等人将这一科研成果发表在了《Materials Today》杂志上。 大邱庆北科学技术院的Su-Il In解释说:“我们开发的这种基于二氧化钛(TiO2)的光催化剂,能够将二氧化碳有效地转化为甲烷。我们科研的主要动机是:合理利用大气中过量的二氧化碳,并将其转化为可用的燃料。” 光催化剂由蓝色二氧化钛的纳米颗粒组成,通过在低温(350℃)下将TiO2暴露于NaBH4中半小时即可制造而成。这个工艺是对先前方法的重大改进,因为它不需要在高温等苛刻的条件下便能生成二氧化钛纳米粒子。 当用铂纳米颗粒敏化时,光催化剂促进光激活的二氧化碳转化成甲烷(CH4)。该转换效率很高,可达到12.4%的量子产率,研究人员认为这是光催化二氧化碳减排的新记录。 产量的提高取决于在制造过程中产生的表面结构的变化。二氧化钛纳米粒子是一种具有较宽带隙的半导体,这就限制了其对太阳光的吸收。但是通过在二氧化钛纳米颗粒中引入缺陷,通过还原过程可以对带隙进行改性,从而来改善催化剂的光吸收性能。 Su-Il In说:“通过添加少量的贵金属铂,光催化剂将CO2还原成甲烷的性能得到了明显的提高。 研究人员认为,这种还原过程会在纳米粒子的外面形成一个无序的壳层。随着Ti3 离子的存在,会使价带边缘向上移动,而导带向下移动以减小整体带隙的宽度。这就使得其对可见光部分的吸收得到了加强。 尽管TiO2光催化剂的还原效果很好,但是其稳定性仍是该应用所需的主要关注点。 “虽然合成的光催化剂在30小时内表现出稳定的性能,但现在我们仍然致力于进一步提高这种光催化剂的稳定性。 该团队还希望用更便宜的助催化剂来替代铂纳米粒子,以进一步降低成本,使光催化剂更具商业可行性。用其它助催化剂物质改性蓝色二氧化钛纳米颗粒也可以产生其它烃(例如乙烷)。