科學(xué)家們已經(jīng)通過開發(fā)一種持久、經(jīng)濟(jì)的催化劑，朝著循環(huán)碳經(jīng)濟(jì)邁出了重要的一步，該催化劑將溫室氣體再循環(huán)為可用于燃料、氫氣和其他化學(xué)物質(zhì)的成分。研究人員稱，在逆轉(zhuǎn)全球變暖的努力中，這一結(jié)果可能是革命性的。該研究于2月14日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。 “我們的目標(biāo)是開發(fā)一種可以轉(zhuǎn)換大量的溫室氣體：二氧化碳和甲烷的長期有效催化劑?！?論文作者卡弗·T·亞武茲（Cafer T. Yavuz）說，他是及在KAIST化學(xué)和生物分子工程學(xué)副教授。 該催化劑由廉價(jià)且豐富的鎳、鎂和鉬制成，可引發(fā)并加快將二氧化碳和甲烷轉(zhuǎn)化為氫氣的反應(yīng)速率。催化劑在每小時(shí)每單位質(zhì)量催化劑60升的反應(yīng)性氣流下以超過60升的速度連續(xù)運(yùn)行850小時(shí)以上，沒有發(fā)現(xiàn)焦化現(xiàn)象。 這種轉(zhuǎn)換稱為“干重整”，處理諸如二氧化碳之類的有害氣體以產(chǎn)生更多有用的化學(xué)物質(zhì)，這些化學(xué)物質(zhì)可以精煉用于燃料、塑料甚至藥物。這是一個(gè)有效的過程，但是以前需要稀有且昂貴的金屬（例如鉑和銠）來引發(fā)短暫而且低效的化學(xué)反應(yīng)。 其他研究人員此前曾提出將鎳作為一種更經(jīng)濟(jì)的解決方案，但會(huì)生成碳副產(chǎn)物，并且表面納米粒子會(huì)在便宜的金屬上結(jié)合在一起，從根本上改變了催化劑的組成和幾何形狀，并使其變得無用。 亞武茲說：“困難在于缺乏對(duì)龐大催化劑表面活性位點(diǎn)的控制，因?yàn)槿魏尉珶挿椒ㄒ矔?huì)改變催化劑本身的性質(zhì)?！?/p> 研究人員在還原環(huán)境下，在單晶氧化鎂的存在下，生產(chǎn)了鎳鉬納米粒子。當(dāng)成分在反應(yīng)氣體下加熱時(shí)，納米粒子在原始晶體表面移動(dòng)，尋找錨點(diǎn)。所得的活化催化劑密封了其自身的高能活性位點(diǎn)，并永久固定了納米顆粒的位置，這意味著鎳基催化劑將不會(huì)積碳，而且表面粒子也不會(huì)彼此結(jié)合。 KAIST化學(xué)與生物分子工程學(xué)系的研究生，第一作者宋永東（Youngdong Song）說：“我們花了將近一年的時(shí)間才了解其基本機(jī)理。當(dāng)我們?cè)敿?xì)研究了所有化學(xué)事件，我們被驚呆了。” 研究人員將其稱為單晶邊緣的催化劑納米催化劑（NOSCE）。氧化鎂納米粉來自精細(xì)結(jié)構(gòu)形式的氧化鎂，其中分子連續(xù)結(jié)合到邊緣。表面沒有斷裂或缺陷，可進(jìn)行均勻且可預(yù)測(cè)的反應(yīng)。 亞武茲說：“我們的研究解決了催化劑行業(yè)面臨的許多挑戰(zhàn)。我們相信，NOSCE機(jī)制將改善其他低效的催化反應(yīng)，并進(jìn)一步節(jié)省溫室氣體的排放?！?/p> |
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