愛(ài)荷華州立大學(xué)艾姆斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室日前宣布了一種新型混合催化劑，可以在一個(gè)罐子里將二氧化碳轉(zhuǎn)化為乙烯。這種新型混合催化劑是由來(lái)自艾姆斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、愛(ài)荷華州立大學(xué)、弗吉尼亞大學(xué)和哥倫比亞大學(xué)的科學(xué)家們開(kāi)發(fā)的。這種催化劑通過(guò)將二氧化碳回收作為高效乙烯生產(chǎn)的原料，支持世界凈零排放碳倡議。
這個(gè)團(tuán)隊(duì)的報(bào)告論文日前已經(jīng)發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)雜志》上。
乙烯是一種作為大宗商品的化學(xué)制品，用于制造從塑料到防凍劑的各種產(chǎn)品。乙烯的大規(guī)模生產(chǎn)是能源密集型的，嚴(yán)重依賴化石資源。二氧化碳電催化制乙烯是一種很有前途的方法。這種新型混合催化劑只由地球上儲(chǔ)量豐富的材料組成，如鎳和銅，它們的化學(xué)反應(yīng)所需的能量更少。
艾姆斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家齊龍（音譯）解釋了新型混合催化劑的工作原理。
原子分散的鎳錨定在氮組裝碳(NAC)上，在低電壓和大電流下催化二氧化碳生成一氧化碳。這種新型混合催化劑在寬電壓范圍內(nèi)有效，在更高電流下的有效性意味著更高的一氧化碳生產(chǎn)速率。
齊龍指出：“由于這種新型混合催化劑在非常寬的電壓范圍內(nèi)保持活性，因此很容易與第二種催化劑耦合。所以我們使用第二種催化劑，這是一種銅納米線，通過(guò)結(jié)合這兩種催化劑，我們有一個(gè)非常具選擇性的過(guò)程，在一個(gè)罐子里從二氧化碳到乙烯的效率高達(dá)60%。”
催化劑的另一個(gè)重要方面是它的結(jié)構(gòu)。艾姆斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家、愛(ài)荷華州立大學(xué)教授黃文宇(音譯)指出，這種新型混合催化劑的多孔結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了其有效性。他說(shuō)：“我們的催化劑具有有序的介孔結(jié)構(gòu)，有利于傳質(zhì)。因?yàn)樗歉叨榷嗫椎?，你有一個(gè)非常大的表面積來(lái)暴露大量的鎳的活性位點(diǎn)，這使得我們的催化劑在將二氧化碳轉(zhuǎn)化為一氧化碳方面非常有效?！?/span>
黃文宇說(shuō)，這項(xiàng)研究最令人興奮的方面是團(tuán)隊(duì)如何結(jié)合兩種催化劑來(lái)簡(jiǎn)化過(guò)程。他說(shuō)：“我們基本上把兩種最好的催化劑單獨(dú)結(jié)合在一起，它們一起工作，所以我們可以在一個(gè)系統(tǒng)中把二氧化碳連接到一氧化碳以及把一氧化碳連接到乙烯的反應(yīng)?！?/span>
齊龍強(qiáng)調(diào)了使用二氧化碳作為這種反應(yīng)的原料的重要性，因?yàn)樗鉀Q了全球減少二氧化碳排放到大氣中的需求。他解釋說(shuō)，這個(gè)過(guò)程可以使用從化學(xué)或工業(yè)過(guò)程中回收的二氧化碳，或者從空氣捕獲中回收的二氧化碳。齊龍說(shuō)：“我們可以在沒(méi)有任何貴金屬的情況下做到這一點(diǎn)，只需鎳、銅、碳和氮，就可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用?！薄按送?，我們可能不再使用化石燃料來(lái)生產(chǎn)乙烯。”
看起來(lái)總有一天二氧化碳供應(yīng)會(huì)出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)。這是另一個(gè)利用二氧化碳的突破性技術(shù)。早在去年12月，就有一篇關(guān)于廢氣捕集器用來(lái)制造乙烯的報(bào)道。
新聞稿中缺少的是氫氣的來(lái)源。這篇論文的摘要提供了催化劑在堿性流動(dòng)池中運(yùn)行，這可能需要補(bǔ)水。
但如上所述，乙烯是一種作為大宗商品的化學(xué)制品，幾乎在任何地方都有成千上萬(wàn)噸的用量。然而，多樣化的供應(yīng)看起來(lái)是一件好事。就目前而言，乙烯既不短缺，也不特別昂貴?？纯词裁床攀钦嬲哂薪?jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力并獲得一些市場(chǎng)份額的產(chǎn)品，將是一件很有趣的事情。
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