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国际联合研究团队研发出新型催化剂,可有效将二氧化碳变甲烷

2021.02.20 来自:参考消息

据美国《科学日报》网站2月2日报道,在许多国家,脱碳已经成为一项优先任务,科学界正在致力于“碳捕获”技术。二氧化碳是导致全球变暖的主要温室气体之一。如果二氧化碳能够转化为能源,那么在解决环境问题上将是一箭双雕的事。


由香港城市大学牵头的一个联合研究团队研发出一种新的光催化剂,可以利用阳光有效地将二氧化碳转化为甲烷燃料。他们的研究显示,在反应过程的前8小时,所产生的甲烷数量接近翻了一番。


报道称,这项研究由香港城市大学能源与环境学院副教授吴永豪博士牵头,与澳大利亚、马来西亚和英国的研究人员合作进行。他们的研究成果最近发表在德国科学期刊《应用化学》上,论文标题为《金属有机骨架修饰氧化亚铜纳米线用于选择性光催化CO₂还原为CH₄》。


吴永豪说:“受自然界光合作用的启发,我们新设计的太阳能催化剂可以有效地将二氧化碳转化为甲烷燃料,从而降低碳排放。此外,这种新的催化剂是由铜基材料制成的,材料供应充裕,因此价格可负担。”


他解释说,利用光催化剂将二氧化碳转化为甲烷在热力学上具有挑战性,因为化学还原反应包括同步转移8个电子。在这一过程中更易产生对人类有害的一氧化碳,因为其只需要转移两个电子。


他指出,在不同的研究中,研究人员使用半导体材料氧化亚铜作为光催化剂和电催化剂,将二氧化碳还原为一氧化碳和甲烷等其他化学产品。然而,该材料在还原反应中面临若干限制,包括稳定性较差和非选择性还原。从生成的混合物中分离和提纯甲烷极具挑战性,这给大规模应用造成了技术障碍。此外,氧化亚铜在短暂光照后极易受腐蚀,并转化成金属铜或氧化铜。


报道称,为了克服这些挑战,吴永豪及其团队合成了一种新的光催化物,他们将氧化亚铜包裹在铜基金属有机骨架中。利用这种新催化剂,研究小组可以控制电子的转移,并且选择性地产生纯甲烷气体。


他们发现,与没有包裹金属有机骨架的氧化亚铜相比,在可见光的照射下,用金属有机骨架包裹的氧化亚铜能将二氧化碳稳定地转化为甲烷,而且产量几乎翻番。此外,用金属有机骨架包裹的氧化亚铜更耐用,其最大二氧化碳摄取量几乎是裸露的氧化亚铜的7倍。




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