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新催化剂将二氧化碳转化为一氧化碳和氧气

文章作者:www.cs-vaccine.com发布时间:2020-04-26浏览次数:1396

植物善于从空气中分离二氧化碳。但它们太慢了,科学家希望加快从大气中清除温室气体的过程。今天,美国研究人员报告说,他们通过开发一种将二氧化碳转化为一氧化碳和氧气的多孔材料迈出了实现这一目标的第一步。研究人员指出,新材料不仅可以清洁天空,还可以成为可再生资源燃料的新起点。

几十年来,化学家一直试图用二氧化碳做一些有意义的事情。但二氧化碳是一种非常稳定的分子,不易受化学反应的影响。为了将其分离成一氧化碳和氧气,研究人员必须增加能量,通常是电能。但人们现在还没有这样做,因为精炼石油制造燃料要便宜得多。然而,一些催化剂(加速化学反应的物质)可以使这个过程更便宜。

有希望的催化剂是在中心具有钴原子的环状有机分子,即所谓的卟啉。当将卟啉加入其中溶解有一些二氧化碳并且安装两个电极的电解质中时,温室气体被分解成一氧化碳和氧气。然而,该过程仅在卟啉溶解在有环境问题的有机溶剂中时才发生。还有一个问题是:卟啉会随着时间的推移而凝结,破坏它们的电子传输能力。

为了解决这个问题,由加州大学伯克利分校的化学家Omar Yaghi和Chris Chang领导的研究人员找到了一种将卟啉与多孔固体物质(称为共价有机骨架(COF))结合起来的解决方案。一起。

Yaghi和他的团队开发了各种COF来分离不同的气体作为过滤器。但为了迈出制造可再生能源的第一步,研究人员希望了解他们的钴COF是否可以分离二氧化碳。卟啉似乎是一种自然的选择,因为它不仅擅长将电子传输到二氧化碳,而且还具有导电性。

从理论上讲,卟啉COF的孔隙率允许二氧化碳渗透并催化与卟啉中心的钴原子的反应。

在合成新的COF后,Yaghi,Chang和他们的同事在多孔材料的顶部放置了一层电极。由于它们的催化剂已与电极接触,因此不再需要分子卟啉催化剂所需的有机溶剂,而是用简单的水基电解质代替。当研究人员打开电流时,他们发现卟啉COF不仅将二氧化碳分解成一氧化碳和氧气,而且还比分子型更好。

研究人员随后在卟啉COF中添加了一些铜,这增加了二氧化碳分子实际接触钴原子并被分解的可能性。

伯克利研究小组最近报道了《科学》的在线版本,双金属COF分离二氧化碳分子的能力是自由移动的钴卟啉分子的60倍。 COF也被证明是高效的。能够使用90%的电子将二氧化碳分子分解成一氧化碳。此外,该催化剂极其活泼,每小时能分解约240,000个二氧化碳分子,这是仅含钴的COF的25倍。所有这些使得这种新材料成为迄今为止最好的二氧化碳分离催化剂。

伊利诺伊大学厄本那 - 香槟分校的化学家保罗肯尼斯说:“这是一个非常好的工作。”他强调,许多研究团队正在试验多孔电极材料,以改善其二氧化碳 - 一氧化碳转化策略。

最后,Kenis和Yaghi表示,这些分解的一氧化碳可以与氢气结合,从风能和太阳能等可再生能源中生产碳氢化合物燃料。这种做法现在在经济上不可行,因为成品油成本较低。但是,如果一个国家只想使用可再生能源来制造燃料,并且不想从燃烧化石燃料中排放二氧化碳,那么这些新材料就会派上用场。