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韩国开发新型铜基高效转化催化剂

  时间:2018-07-29

  近年来,高附加值化石燃料生产和温室气体资源化技术备受关注。众所周知,化石燃料会向大气中排放大量温室气体,随着浓度的持续增大,直接导致地球温室效应。根据2015年联合国的新气候变化协议,全球各国都在积极减少温室气体的排放,并致力于开发相关技术的开发。 

 

  其中,二氧化碳的电化学转化与光伏一类新再生能源技术进行融合,如果将二氧化碳与水直接生产高附加值的化石燃料,不仅可以创造巨大的经济价值,还有助于减少二氧化碳排放,有望成为应对气候变化的核心技术。 

  近期,韩国科学技术研究院(KIST)清洁能源研究中心的闵炳权(音译)、黄润政(音译)博士研究团队在铜金属箔片上采用简单的阳极化方式,开发出可将二氧化碳选择性转化为乙烯的高耐用性催化剂。 

  KIST研究团队开发的铜基催化剂具有纳米结构,可以同时提高生成乙烯的选择性和稳定性,温室气体也有望形成新的资源。 

  乙烯可用于制造聚乙烯这类塑料,此外,也是各种化工产品必须的化学原料。由于应用广阔,全球的市场规模每年可达14700万吨(约1217亿美元,2016年标准),是一种高附加值化工原料。 

  通过电化学方式将二氧化碳直接转化为乙烯,这项技术目前在全球处于初期阶段,而相关高性能催化剂材料的开发也具有重要的意义。将二氧化碳转化为乙烯的反应通常采用铜催化剂,不过,截至目前,在乙烯生成物的选择性方面还有相当的局限,这归咎于氢和甲烷等气体副反应物也会竞相生成,由此抑制了乙烯的生成,因而迫切需要开发高效催化技术。 

  KIST研究团队将铜箔片采用简单的电化学方法进行氧化,合成了纳米线结构的铜氢氧化物,并将其作为二氧化碳还原催化电极使用。这种催化电极与现有的铜金属箔片相比,乙烯生成选择度可提高2倍以上,副反应产生的甲烷生成选择度仅相当于30分之一,呈现出一定抑制作用。而且现有铜基催化剂的催化稳定性仅能维持1-2小时,但新催化剂的稳定性则提高了20倍以上,有助于设计并开发高性能、高稳定性的催化剂。 

  黄润政博士表示,该项技术最大的优点就是采用廉价的铜基催化剂,使用轻便,仅需要较短时间的电化学处理,就可以制造催化剂电极;今后有助于实现二氧化碳转化为技术的商用化。 

  另一方面,此次研究获得了韩国科学技术情报通信部应对气候变化技术开发项目及KIST机构项目的大力支持,研究成果刊登于《Journal of the American©Chemical Society》(美国化学协会期刊)。