紐約州阿普頓——科學家的國際合作朝著實現(xiàn)近乎“綠色”的零凈碳技術(shù)邁出了重要一步，該技術(shù)將有效地將二氧化碳(一種主要的溫室氣體)和氫氣轉(zhuǎn)化為乙醇，該技術(shù)可用作一種燃料，還有許多其他化學應用。該研究報告了成功導航這一具有挑戰(zhàn)性的反應的“路線圖”，并使用理論建模和實驗表征提供了完整反應序列的圖片。
在美國能源部 (DOE) 布魯克海文國家實驗室的領導下，該小組確定將氧化銫、銅和氧化鋅結(jié)合在一起形成緊密接觸的配置，可催化將二氧化碳 (CO2) 轉(zhuǎn)化為乙醇 (C2H6O)。他們還發(fā)現(xiàn)了為什么這個由三部分組成的界面是成功的。該研究在 7 月 23 日美國化學學會雜志在線版的一篇論文中有所描述，并出現(xiàn)在該出版物的封面上，將推動進一步研究如何開發(fā)一種用于選擇性轉(zhuǎn)化 CO2的實用工業(yè)催化劑成乙醇。這些過程將導致能夠回收燃燒排放的CO2并將其轉(zhuǎn)化為可用化學品或燃料的技術(shù)。
研究中檢查的三種組分中沒有一種能夠單獨催化 CO2到乙醇的轉(zhuǎn)化，它們也不能成對催化。但是，當三人以某種形式聚集在一起時，他們相遇的區(qū)域為碳-碳鍵的形成開辟了一條新途徑，使 CO2轉(zhuǎn)化為乙醇成為可能。關鍵是銫、銅和氧化鋅位點之間的良好相互作用。
“在二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲醇方面有很多工作，但乙醇比甲醇有很多優(yōu)勢。作為燃料，乙醇更安全、更有效。但由于反應的復雜性和控制 CC 鍵形成的難度，它的合成非常具有挑戰(zhàn)性，”該研究的相應研究員、布魯克海文化學家劉平說。“我們現(xiàn)在知道進行轉(zhuǎn)換需要什么樣的配置，以及每個組件在反應過程中扮演的角色。這是一個很大的突破。”
該界面是通過在氧化鋅表面上沉積微量的銅和銫而形成的。為了研究這三種材料相遇的區(qū)域，該小組轉(zhuǎn)向了一種稱為 X 射線光電子能譜的 X 射線技術(shù)，該技術(shù)表明 CO2的反應機制可能發(fā)生了變化加入銫后氫化。使用兩種廣泛使用的理論方法揭示了更多細節(jié)：“密度泛函理論”計算，一種研究材料結(jié)構(gòu)的計算建模方法，以及“動力學蒙特卡羅模擬”，一種模擬反應動力學的計算機模擬。在這項工作中，該小組利用了布魯克海文功能納米材料中心和勞倫斯伯克利國家實驗室國家能源研究科學計算中心的計算資源，這兩個中心都是美國能源部科學用戶設施辦公室。
他們從建模中學到的一件事是銫是有源系統(tǒng)的重要組成部分。沒有它的存在，就不能制造乙醇。此外，與銅和氧化鋅的良好配合也很重要。但是還有很多東西需要學習。
標簽：
免責聲明：本文由用戶上傳，與本網(wǎng)站立場無關。財經(jīng)信息僅供讀者參考，并不構(gòu)成投資建議。投資者據(jù)此操作，風險自擔。 如有侵權(quán)請聯(lián)系刪除！