新型催化剂可将二氧化碳转化为燃料

【Stanford Earth网10月17日报道】新型工艺横空出世,可将温室气体——二氧化碳转化为可用燃料,燃料产量较之以往增长四倍。

试想从汽车尾气或其他渠道获取二氧化碳(一种主要的温室气体),并将之转化为天然气或丙烷等燃料,这是否意味着可持续发展的梦想在某种程度上就要实现了?

近期有几项研究表明,这种转化实验已取得一些成就,而斯坦福大学的工程师们更是采取了一种新颖的方法,将乙烷、丙烷和丁烷的产量增长至现有类似工艺的四倍。尽管该项技术并不能解决所有气候问题,但这项进展可能会大大减弱近期全球变暖受到的影响。

斯坦福大学化学工程学助理教授Matteo Cargnello对此进行描述,“在一个碳中和循环中,通过二氧化碳生成燃料,进行燃烧,产生新的二氧化碳,然后再将其转化为燃料。” Cargnello是此项研究的带头人,该项研究成果发表在近期德国《应用化学》(Angewandte Chemie)期刊上。

尽管这还只是基于实验室体系的测试过程模型,但研究人员预计,这项实验扩展以后可生产出足够可用的燃料。但是,在普通消费者能够购买基于此类技术生产的产品之前,还有很多工作要做。下一步工作就是尝试减少这些反应产生的有害副产物,例如有毒污染物——一氧化碳。该研究小组还在制造其他有益产物,并不仅仅是燃料,其中之一就是烯烃。烯烃可以应用到多项工业项目,并且还是塑料的主要成分。

二合一

此前的实验要将二氧化碳(CO2转化为燃料,涉及两个步骤。第一步将CO2还原为一氧化碳(CO),第二步将CO与氢气结合制成烃类燃料。这些燃料中最易制成的是甲烷,此外还可以生产其他燃料,包括乙烷、丙烷和丁烷。乙烷是天然气的近亲,用于工业制造乙烯(塑料的前体)。丙烷通常用于室内供暖或为燃气烧烤炉供电。丁烷是打火机和野营炉灶中的常见燃料。

Cargnello认为,在一次反应​​中完成两个步骤,效率更高,因此他们着手开发一种新催化剂,可以同时从CO2中脱除氧分子并将其与氢结合(催化剂在不消耗自身能量的情况下诱发化学反应)。研究团队已成功制造含有钌和氧化铁纳米粒子的催化剂。

Aisulu AitbekovaCargnello实验室里的博士研究生,也是该论文的一位主要作者,据他所说,“钌块处于核心,由铁皮包裹。这种结构可激活二氧化碳形成碳氢化合物,对实验全程都起到改善作用。”

该团队起初并非想要建造这种核壳结构,而是在与杰出的科学家Simon BareSLAC国家加速器实验室的其他人员合作时发现了它。SLAC先进的X射线表征技术可帮助研究人员将这种新型催化剂可视化并对其结构进行检验。 Cargnello表示,如果没开展这次合作,他们不会发现这种最佳结构。

Cargnello 称:“起初,我们直接利用核壳结构设计这种材料,后经证明,碳氢化合物的产量确实大大提高。这种结构尤其有助于反应进行。”

Cargnello认为,这两种催化剂以标签组合的方式起作用以改善合成。他怀疑钌会使氢与二氧化碳中的碳发生化学反应,之后,氢溢到铁壳上,二氧化碳的反应更强烈。

当研究小组在实验室测试催化剂时,他们发现,乙烷、丙烷和丁烷等燃料的产出率远高于以前的催化剂。但是,小组仍然面临一些挑战。他们希望减少使用钌等贵金属,并优化催化剂,使其能够灵活地用于制造特定的燃料。

( 译者:丁阿雪  审校:刘会兰 )

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