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减少碳足迹的速度更快,更凉爽的方式:铜铟氧化物

时间:2022-04-09 20:55:05 来源:

反向水气移反应(RWGS-CL)的化学循环版本可以帮助在没有不希望的副产物的情况下在低温下转化CO2至CO,从而实现简单的气体分离。

科学家在铜改性氧化铟的低温下为最高转化率的二氧化碳转化率的记录,意味着可持续的电子燃料。

随着气候变化不断恶化,可能需要捕获和使用大气二氧化碳(二氧化碳)并减少碳足迹的技术需求不断增长。在可再生能源领域内,基于二氧化碳的电子燃料作为一个有希望的技术,试图将大气二氧化碳转化为清洁燃料。该方法涉及生产合成气体或合成气(氢气和一氧化碳(CO)的混合物)。借助反向水气移(RWGS)反应,CO2分解为合成气所需的CO。在其转换效率下承诺的同时,RWGS反应需要令人难以置信的高温(> °700℃),同时也产生不需要的副产品。

为了解决这些问题,科学家制定了一种改进的化学循环形式的RWGS反应,将CO2转换为两步法。首先,通过氢气减少用作氧气储存材料的金属氧化物。随后,通过CO 2重新氧化,得到CO。该方法没有不希望的副产物,使气体分离更简单,并且可以根据所选择的氧化物在较低温度下进行可行的。因此,科学家一直在寻找具有高氧化还原速率的氧化物材料,而不需要高温。

在最近发表于化学科学的一项研究中,来自Waseda大学和日本Eneos Corporation的科学家揭示了用铜(Cu-In2O3)改性的新型氧化物,相对地表现出10mmolH-1G-1的录制CO 2转化率适度温度(400-500℃),使其°成为低温二氧化碳转化所需的氧气储存材料中的Frontrunner。为了更好地理解这种行为,该团队研究了Cu-In氧化物的结构性质以及参与化学环RWGS反应的动力学。

使用新型铜 - 氧化铟的RWG的改性化学循环形式的变化的化学循环形式的相对较低温度的记录高CO2转化率。

科学家们进行了基于X射线的分析,发现样品最初含有母材Cu 2 O 2,其首先通过氢气减少,形成Cu-氧化物和氧化铟(In2O3),然后通过CO 2氧化以产生Cu -in2O3和co。X射线数据进一步揭示了在反应过程中接受氧化和减少,为科学家提供关键的线索。“X射线测量结果清楚地表明,化学环状的RWGS反应是基于铟的还原和氧化,这导致Cu-In合金的形成和氧化,”Waseda大学yasushi Sekine教授领导学习。

动力学调查进一步见解了反应。还原步骤显示,Cu负责在低温下减少氧化铟,而氧化步骤表明Cu-合金表面保留了高度降低的状态,而其体积被氧化。这允许氧化发生两倍,就像其他氧化物一样快。该团队将该特殊氧化行为归因于来自Cu - 合金表面的带负电荷的氧离子的快速迁移到其体积,这辅助优先氧化氧化。

结果具有相当预期的,兴奋的科学家们对铜铟氧化物的未来前景。“鉴于碳排放和全球变暖的现状,大大需要高性能的二氧化碳转化过程。虽然化学环状的RWGS反应与许多氧化物材料均匀,但我们的新型Cu-氧化物在此显示出比任何一个的表现更高。我们希望这将有重大贡献,以减少碳足迹并驾驶人类走向更可持续的未来,“Sekine总结道。

参考:“在铜铟氧化物散装快速氧离子迁移和其利用率有效CO 2转化在较低的温度下”,由俊一郎Makiura,佐藤肥后,Yutaro黑泽,哥打村上,修平大胡,英明Tsuneki明石桥本明石Satob和Yasushi Sekine,2020年12月23日,化学科学.DOI:
10.1039 / d0sc05340f


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