二氧化碳遇见光

图示为组合-催化剂反应器在产生一氧化碳,一个对于工业合成的关键化学建造单元。
反向水-气变换(RWGS)反应将二氧化碳和氢气转换为一氧化碳和水,其往往是在高温下的铜催化剂上进行。世界各地的科学家们正在努力设计出更高效的催化剂,使得RWGS反应可以在较低的温度进行,但由于从实验室到反应器的转化很差,许多的催化剂都不能被用于工业。现在,来自西班牙的巴利亚多利德大学的Alexander Navarrete,通过将催化剂及反应器结合在一个小型装置上,迎接了这样的挑战。
在来自德国卡尔斯鲁厄技术研究所的科学家的帮助下,Navarrete设计和建造了微反应器;一个Navarrete的合作者说,“这对于克服挑战是至关重要的。”他们一起,把铜/氧化锌等离子催化剂与二氧化硅混合在一起,并用这一新型复合材料浸渍玻璃微通道。二氧化碳和氢气可以流经细管,在催化剂上反应,而产物可在该管的端部进行收集。电浆催化剂的一个优点是,它可以被设计成吸收特定波长的光。吸收在可见光范围内可以使光热能量取代所需的RWGS反应热能,因此它可以在50℃运行,而不是在1000℃运行。这种透明“等离子反应器”的概念,可以在同一设备中有三个重要元素:光吸收、催化剂互动和产品运输。对于大规模生产来说,该装置可以很容易地扩大规模。
来自英国利物浦大学的光催化专家Alexander Cowan说,这是一个具有简单方法的好主意:“降低RWGS的散热要求是一个重要的概念,但未来的工作中需要解决作用机制的问题,并确定光的贡献。”Navarrete表示赞同:“这是一个概念证明。我们需要原位分析来确定纳米颗粒的单独热量和温度,并确定所形成的任何中间体。我们目前在设计新的一套反应,来探索系统的限制,以及几个过程变量的影响。这是一个新的概念,但还有很多地方需要改进和探索。”
目前,该设备在50℃时工作,但大多数工业的RWGS反应在250-1000˚C:“如果我们能达到这个水平,我们与工业催化剂相比会非常有竞争力,”Navarrete补充道。
新材料在线编译整理——翻译:Gary 校正:摩天轮
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