在環(huán)境條件下將二氧化碳加氫為甲醇的開創(chuàng)性等離子催化工藝

利物浦大學的研究人員在將二氧化碳(CO 2)轉化為有價值的燃料和化學品方面取得了重要的里程碑，標志著朝著可持續(xù)凈零經(jīng)濟邁出了重要一步。

該團隊在《化學》雜志上發(fā)表的一篇論文中報道了一種在室溫和大氣壓下將二氧化碳加氫為甲醇的開創(chuàng)性等離子體催化工藝。

這一突破解決了傳統(tǒng)熱催化的局限性，傳統(tǒng)熱催化通常需要高溫和高壓，導致二氧化碳轉化率和甲醇產(chǎn)量低。

該新工藝利用非熱等離子體反應器內(nèi)的雙金屬 Ni-Co 催化劑，在 35°C 和 0.1 MPa 條件下實現(xiàn)了令人印象深刻的 46% 的甲醇單程選擇性和 24% 的 CO 2轉化率。

非熱等離子體是一種含有高能電子和活性物質的電離氣體，可以激活二氧化碳等惰性分子的強化學鍵，促進溫和條件下的化學反應。

此外，基于等離子的模塊化系統(tǒng)可以立即開啟和關閉，為利用間歇性可再生電力進行燃料和化學品的分散生產(chǎn)提供了極大的靈活性。

利物浦大學等離子體催化系主任涂欣教授表示：“我們的工作表明，等離子體催化為環(huán)境條件下二氧化碳加氫制甲醇提供了一種靈活、分散的解決方案。

“我們最近的技術經(jīng)濟評估還表明，與傳統(tǒng)的熱催化CO2轉化為甲醇工藝相比，該工藝可以顯著降低資本成本，為利用可再生能源生產(chǎn)合成燃料提供了可行的途徑。”

原位等離子體耦合傅里葉變換紅外 (FTIR) 表征和密度泛函理論 (DFT) 計算表明，雙金屬 Ni-Co 界面是甲醇合成的主要活性中心，CO 2吸附和加氫通過 Eley-Rideal (ER) 機制發(fā)生，產(chǎn)生多種中間體。

此外，甲酸鹽和羧基途徑在甲醇的形成中都起著關鍵的作用，而逆水煤氣變換(RWGS)和CO加氫途徑在Ni-Co位點上被發(fā)現(xiàn)不太有利。

雙金屬催化劑中Ni-Co位點的精確控制對于通過促進CO 2分子在雙金屬界面的不對稱吸附來調整每個反應途徑的權重具有重要的前景，從而有效地調節(jié)產(chǎn)物的分布。

這項研究強調了等離子體催化作為一種??新興電氣化技術在可持續(xù) CO 2轉化和燃料生產(chǎn)方面的巨大潛力。使用模塊化和可擴展的等離子體系統(tǒng)在環(huán)境條件下進行這些反應的能力為化學工業(yè)提供了一種有吸引力的替代方案。

此外，基于等離子體的系統(tǒng)可由間歇性可再生電力提供動力，從而增強分散燃料和化學品生產(chǎn)的可行性。

這項開創(chuàng)性的工作是催化CO2轉化領域的進步，為未來的研究和工業(yè)應用提供了有希望的途徑，以應對可持續(xù)未來的挑戰(zhàn)。

利物浦大學的研究團隊是等離子體催化領域的領軍人物，在將二氧化碳等離子催化轉化為其他燃料和化學品方面也取得了開創(chuàng)性進展。例如，他們開發(fā)了前景光明的二氧化碳甲烷化和一步式沼氣轉化為甲醇的等離子體工藝，并已在該領域申請了三項 PCT 專利。

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