铜基催化剂有效地将二氧化碳转化为甲烷
从大气中去除碳的技术不断进步，但捕获碳后如何处理碳的解决方案却很难找到。
莱斯大学材料科学家Pulickel Ajayan及其合作者的实验室 开发了一种从二氧化碳中提取碳并将其固定在氢原子上的方法，形成甲烷——一种有价值的燃料和工业原料。根据 发表在《先进材料》上的研究，该方法依赖于电解和通过将孤立的铜原子接枝到二维聚合物模板上而开发的催化剂。
“电力驱动的二氧化碳转化可以通过不同的途径生产大量工业燃料和原料，” Ajayan 实验室的研究科学家、该研究的主要作者Soumyabrata Roy说。“然而，二氧化碳到甲烷的转化涉及八步途径，这对选择性和节能的甲烷生产提出了重大挑战。
“克服这些问题可以帮助在有意义的规模上关闭人工碳循环，而开发高效且负担得起的催化剂是实现这一目标的关键一步。”
这种聚合物模板由碳原子和氮原子交替组成，具有微小的孔，铜原子可以以不同的距离安装在这些孔中。催化剂在室温下在水中组装，铜原子取代聚合物模板中的主体金属离子。在反应器中进行测试时，催化剂能够在电池的一半中将二氧化碳还原为甲烷，而在另一半中从水中产生氧气。
“我们发现调节铜原子之间的距离降低了关键反应步骤所需的能量，从而加速了化学转化，”罗伊说。“附近铜原子的这种协同作用有助于以非常高的选择性和效率产生甲烷。”
罗伊和合作者开发的催化剂产生了迄今为止已知的最快速、最有效的基于电解的二氧化碳到甲烷的转化之一，有助于在基础科学见解和性能水平方面推进转化过程。
“如果能够解决系统级的能源和碳转化效率问题，像这样的廉价且高效的材料将有助于催化电化学二氧化碳还原技术的工业转化，”英国大学化学与环境工程副教授吴靖杰说。辛辛那提。
莱斯大学本杰明·M·安德森和玛丽·格林伍德·安德森工程教授兼材料科学和纳米工程系系主任阿贾扬补充道，“新型催化剂的设计和开发是我们面临的能源和可持续发展挑战的核心。”
“单原子分散催化剂在这项工作中提供了一种令人兴奋的方法，”阿贾扬说。
吴和多伦多大学材料科学与工程教授Chandra Veer Singh是这项研究的主要贡献者。
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