維也納工業(yè)大學(xué)開發(fā)出減少二氧化碳排放的新催化劑

維也納工業(yè)大學(xué)研究人員正在對(duì)一種特殊的礦物——鈣鈦礦進(jìn)行研究。目前鈣鈦礦普遍作為太陽能電池的負(fù)極材料或電子元件使用，而并非利用其催化性能?，F(xiàn)在，維也納工業(yè)大學(xué)的科學(xué)家們已經(jīng)成功地制備了一種特殊的鈣鈦礦，很適合作為二氧化碳轉(zhuǎn)化催化劑，可將二氧化碳轉(zhuǎn)化為其他有價(jià)值的物質(zhì)如合成燃料。這種新的鈣鈦礦催化劑非常穩(wěn)定，且相對(duì)便宜，適合于工業(yè)使用。

利用水煤氣變換反應(yīng)的逆向反應(yīng)，二氧化碳和氫氣反應(yīng)生成水和一氧化碳。一氧化碳經(jīng)過進(jìn)一步加工生成甲醇、其他基礎(chǔ)化學(xué)品或燃料。雖然這種反應(yīng)并非什么新東西，但時(shí)至今日二氧化碳也沒有真正實(shí)現(xiàn)工業(yè)利用。通常這一過程需要采用高溫，造成催化劑很快失活。

Christoph Rameshan教授會(huì)同其研究團(tuán)隊(duì)，通過調(diào)整鈣鐵礦，研究這種反應(yīng)專用的催化劑，最后他們獲得成功。經(jīng)過多次試驗(yàn)，最終找到了一種由鈷、鐵、鈣和釹組成的性能優(yōu)異的鈣鈦礦，可以實(shí)現(xiàn)碳閉環(huán)循環(huán)。

這種鈣鈦礦由于其特殊晶體結(jié)構(gòu)，允許某些原子在其內(nèi)部遷移。例如，在催化過程中，材料內(nèi)部的鈷原子會(huì)轉(zhuǎn)移到表面，形成具有特殊化學(xué)活性的微小納米顆粒。與此同時(shí)，形成了所謂的氧空穴——晶體中氧原子應(yīng)該占據(jù)的位置。二氧化碳分子恰好與這些空穴實(shí)現(xiàn)了良好對(duì)接，然后分解成氧氣和一氧化碳。

Christoph Rameshan表示，有證據(jù)表明他們研發(fā)的鈣鈦礦比其他催化劑更穩(wěn)定。另外一個(gè)優(yōu)勢(shì)是可以再生，使用一段時(shí)間后催化活性會(huì)減弱，只需在氧氣的幫助下就能恢復(fù)到原始狀態(tài)，可再次使用。初步評(píng)估表明，該催化劑也具有經(jīng)濟(jì)前景。雖然比其他催化劑貴，也僅僅貴二倍而已，但更耐用。研究團(tuán)隊(duì)正在嘗試用其他東西來取代釹，成本會(huì)進(jìn)一步降低。

從理論上講，可以利用先進(jìn)技術(shù)捕集大氣中的二氧化碳，但要做到這一點(diǎn)，必須首先將二氧化碳濃縮，這需要相當(dāng)多的能量，因此在大量產(chǎn)生二氧化碳的地方如工廠，先將二氧化碳轉(zhuǎn)化，或許效率會(huì)更高。只需在現(xiàn)有大量排放二氧化碳的工廠增加一個(gè)反應(yīng)器，二氧化碳先被轉(zhuǎn)化為一氧化碳，然后再進(jìn)一步處理。這種內(nèi)嵌式生產(chǎn)燃料的工廠不但有利于改善氣候，還會(huì)產(chǎn)生額外的利潤(rùn)。