韓國能源研究所氫能研究部Ki Young Koo博士（主席Yi Chang-geun，以下簡稱KIER）領導的科學家團隊創造了一種世界領先的可以轉化二氧化碳的催化劑。它是一種重要的溫室氣體，是生產環保燃料的重要組成部分
逆水煤氣變換 (RWGS) 反應是一種將二氧化碳 (CO2) 轉化為一氧化碳 (CO) 和水 (H2O）與氫氣（H2）在反應器中產生的一氧化碳然後可以與氫氣結合產生合成氣。它是用於生產合成燃料（例如電子燃料*和甲醇）的基本成分，因為二氧化碳可以回收。2 在功能性燃料成分中，RWGS 反應被視為發展可持續能源生產的一種有前途的方法。
克服傳統催化劑的局限性
RWGS 反應通常在高於 800 °C 的溫度下效果最佳。通常使用鎳基催化劑，因為它們可以承受這樣的熱量。但隨著時間的推移，當顆粒聚集在一起時，它就會失去效力。這減少了表面積和效率。在較低溫度下運行可以避免這個問題。但它也會導致形成不需要的副產品，例如甲烷，從而減少一氧化碳。
為了使這一過程更加高效且經濟實惠，研究人員一直在尋找在低溫條件下保持高活性的催化劑。 KIER 團隊通過開發一種新型銅基催化劑實現了這一目標，該催化劑僅在 400 °C 的溫度下即可實現出色的結果。
銅催化劑設計的進展
新設計的銅鎂鐵混合氧化物催化劑的性能優於商業銅催化劑。在 400 °C 時，它產生一氧化碳的速度提高了 1.7 倍，產量提高了 1.5 倍。
銅催化劑比鎳催化劑具有重要優勢。這是因為它可以在低於 400°C 的溫度下選擇性地只產生一氧化碳，而不產生甲烷。然而，銅的熱穩定性在接近該溫度時往往會減弱。導致顆粒聚集和活性喪失。
為了解決這一挑戰，Koo 博士的團隊在設計中融入了雙層氫氧化物 (LDH) 結構。這種層狀結構由薄金屬片組成。這些金屬板之間有水分子和帶負電的離子。研究人員通過調整金屬離子的比例和類型來調整催化劑的物理和化學特性。鐵和鎂的添加填充了銅顆粒之間的間隙。有效防止結塊並增加耐熱性。
實時紅外分析和反應測試揭示了新催化劑為何如此有效。常見的銅催化劑可以轉化二氧化碳。2 它通過一種稱為甲酸鹽的中間化合物轉化為一氧化碳。然而，這種新材料完全繞過了這些中間體，轉化了二氧化碳。2 直接在表面輸入 CO。這是因為它避免了產生甲烷或其他副產品的副反應。因此，即使在 400 °C 的相對較低溫度下，催化劑也能保持高水平的活性。
效率和全球重要性的記錄
在400℃下，催化劑的一氧化碳收率為33.4%，生成速率為223.7μmol/克催化劑每秒。 (μmol·gcat-1·s-1)可連續100小時以上保持穩定。這些結果表明，與鉑基催化劑相比，標準銅催化劑的形成速率高出 1.7 倍，產率高出 1.5 倍。它們價格昂貴但非常活躍。新型催化劑的生成速率提高了 2.2 倍，收率提高了 1.8 倍，性能繼續優於現有催化劑，使其成為最高效的 CO 催化劑之一。2 世界變革的催化劑
“低溫下的二氧化碳2 該項目首席研究員 Ki Young Koo 博士表示：“加氫催化劑技術是一項重大成就，它可以利用廉價且豐富的金屬來高效生產一氧化碳。該技術可以直接應用於可持續合成燃料關鍵原材料的生產。”展望未來，我們將繼續研究將其應用擴展到真實的工業環境。這將有助於實現碳中和。以及可持續合成燃料生產技術的商業用途。 ”
筆記
*電子燃料是通過將綠色氫與可再生電力相結合而生產的合成燃料。和儲存的二氧化碳2 來自大氣或可持續生物質的它們正在成為傳統化石燃料的有前途的替代品。對於航空和運輸等難以脫碳的行業尤其如此。
研究結果將於 2025 年 5 月在線發布。 應用催化劑B：環境與能源這是環境能源和催化領域的領先期刊。這項研究得到了 KIER 研發項目“開發利用二氧化碳和氫氣生產 e-SAF（可持續航空燃料）的技術”的支持。
