利用钙钛矿作为催化剂,二氧化碳变燃料
CSC化合物半导体 · 2021-05-13
利用钙钛矿作为催化剂,二氧化碳变燃料
以下文章来源于化合物半导体联盟 ,作者化合物半导体杂志
化合物半导体联盟
《化合物半导体》(CSC)是全球最重要和最权威的杂志Compound Semiconductor的“姐妹”杂志,亦是中国唯一专注于化合物半导体产业的权威杂志,重点介绍国外先进技术和产业化经验,促进国内产业发展,为国内读者提供行业的专业知识。
维也纳工业大学(TU Wien)的科学家生产了一种特殊的钙钛矿,适用于将二氧化碳转化为其他有用的物质
如果大气中的二氧化碳含量不再增加,则必须将二氧化碳转化为其他物质。然而,由于CO2是非常稳定的分子,因此只能借助特殊的催化剂才能完成。迄今为止,这类催化剂的主要问题是缺乏稳定性:经过一段时间后,许多材料失去了催化性能。
在维也纳工业大学,正在研究使用钙钛矿作为阳极材料的催化性能。现在,维也纳工业大学的科学家已经成功地生产出一种特殊的钙钛矿,该钙钛矿适合用作将二氧化碳转化为其他有用物质(例如合成燃料)的催化剂。
如何结束碳循环
“我们对所谓的反向水煤气变换反应很感兴趣,”维也纳工业大学材料化学研究所的克里斯托夫·拉米珊说。“在此过程中,二氧化碳和氢被转化为水和一氧化碳。然后您可以进一步处理一氧化碳,例如,转化为甲醇,其他化学基础材料,甚至转化为燃料。”
这种反应并不是什么新鲜事物,但实际上并没有在工业规模上实现二氧化碳的利用。它发生在高温下,这导致催化剂迅速分解的事实。当涉及到昂贵的材料(例如包含稀有金属的材料)时,这是一个特别的问题。
christoph Rameshan和他的团队研究了如何专门针对这种反应从钙钛矿中定制一种材料,他取得了成功:“我们尝试了一些东西,最后想出了由钴,铁,钙和钕制成的钙钛矿具有出色的性能。” Rameshan说。
原子在晶体中迁移
由于钙钛矿的晶体结构,它允许某些原子通过它迁移。例如,在催化过程中,钴原子从材料内部移向表面并在其中形成微小的纳米粒子,然后这些纳米粒子具有特别的化学活性。同时,形成所谓的氧空位-晶体中氧原子应实际存在的位置。正是在这些空位,二氧化碳分子可以特别好地对接,然后分解为氧气和一氧化碳。
“我们能够证明我们的钙钛矿比其他催化剂稳定得多,” Rameshan说, “它还具有可以再生的优点:如果在一定时间后其催化活性确实减弱了,您可以简单地借助氧气将其恢复到原始状态并继续使用。”
初步评估表明,该催化剂在经济上也很有前景。“它比其他催化剂贵,但用量只要三分之一,而且更耐用。” Rameshan说,“我们现在想用其他东西代替钕,这可以进一步降低成本。”
内置燃料生产的工业厂房
从理论上讲,您可以使用此类技术将二氧化碳排放到大气中-但是要做到这一点,您首先必须浓缩二氧化碳,而这需要大量的能源。因此,在大量生产二氧化碳的地方,例如在工业工厂,先转化二氧化碳,这样效率更高。” Rameshan说:“您可以简单地在现有工厂中增加一个额外的反应器,这些工厂目前排放大量的二氧化碳,其中二氧化碳首先被转化为一氧化碳,然后进一步处理。”这样的工业工厂不会损害气候,反而会带来额外的收益。
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