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筑波大学开发带聚合物涂层的锡催化剂 加速生产碳基燃料

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58京牌 众所周知,随着大气中CO2等温室气体增多,全球气候正在发生变化。因此,捕捉CO2并对其进行循环再利用,对于缓解有害的环境影响,解决气候危机,具有重要意义。最近,日本研究人员设计了一种带聚合物涂层的金属催化剂,可以加速CO2转换,推进绿色能源前景。

(图片来源:筑波大学)

,筑波大学(University of Tsukuba)的研究人员开发出涂覆聚乙二醇(PEG)的多孔锡催化剂,可以促进CO2转换,将其转化为有用的碳基燃料。

不同的聚合物可以捕捉CO2分子,已知锡催化剂可以将CO2还原为其他分子,如甲酸盐(HCOO-),并重复用于为燃料电池提供动力。研究负责人Yoshikazu Ito教授表示:“我们希望结合各种因素,使其成为单一的催化剂系统,可以净化来自周围环境的CO2,并将其回收为甲酸盐。然而,想要获得理想的甲酸盐,并实现高生产率,这并不容易。因此,我们不得不微调催化剂设计。”

比起传统镀锡电极,采用带PEG涂层的锡,可使甲酸盐的生产率提高24倍,并且不会产生副产物,相当于甲酸盐>99%。为了解相关反应,研究人员制备了涂有另一种可捕捉CO2的聚合物(聚乙烯亚胺,PEI)的锡催化剂,该结构与CO2产生的反应不同。

然而,PEG涂层锡的表现仍然超过PEI涂层锡。考虑到这些聚合物的化学特征,研究人员认为,PEI结合CO2分子过于紧密,而PEG可在捕捉CO2时达到关键平衡度,接着释放CO2至锡催化剂核心。“通过理论计算为该反应建模,可以证实PEG更利于将CO2传递至锡核心,加速甲酸盐的生产。然而,我们希望能进一步阐明这种PEG-CO2反应。 ”

通过更为具体的计算可以看出,在没有聚合物时,锡催化剂的CO2捕捉能力受到限制,而过于密集的PEG层,会阻止CO2向金属表面移动,从而降低甲酸盐产量。因此,完整同时相对较少的PEG层最为适合,有助于将CO2导入锡,同时保持富CO2环境,并阻止形成副产物。

研究人员表示,这种简单的催化剂涂层技术可用于开发系统,将CO2有效转化为甲酸盐等有用的化合物,为燃料电池设备提供绿色动力。

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