更快、更便宜地將二氧化碳轉化為清潔燃料

逆水煤氣變換 (RWGS) 反應是一種轉化二氧化碳 (CO) 的化學過程。₂) 一氧化碳 (CO) 和水 (H₂O) 與氫氣反應 (H₂）在反應器中。產生的一氧化碳可以與氫氣結合產生合成氣，這是用於生產合成燃料（例如電子燃料*和甲醇）的基本組成部分。由於其回收二氧化碳的能力₂ 在有用燃料的成分中，RWGS 反應被視為可持續能源生產的一個有前途的前進方向。

克服傳統催化劑的局限性

傳統上，RWGS 反應在 800°C 以上的溫度下效果最佳。通常使用鎳基催化劑，因為它們可以承受這種熱量，但隨著時間的推移，隨著顆粒的聚結，它們會失去性能，從而減少表面積和有效性。在較低溫度下運行可以避免這個問題，但也會產生不需要的副產品，如甲烷，從而減少一氧化碳的排放。

為了使該過程更高效、更便宜，研究人員一直在尋找在低溫條件下保持高活性的催化劑。 KIER 集團開發了一種新型銅基催化劑，可在 400 °C 下提供優異的結果。

銅催化劑設計的進展

新設計的混合銅鎂鐵氧化物催化劑的性能優於商用銅催化劑，在 400°C 下一氧化碳的產生速度提高了 1.7 倍，產率提高了 1.5 倍。

銅催化劑比鎳催化劑有一個主要優點：在 400°C 以下時，它們選擇性地僅產生一氧化碳，而不形成甲烷。然而，銅的熱穩定性通常在該溫度附近減弱，導致顆粒團聚和活性喪失。

為了解決這一挑戰，Koo 博士的團隊將層狀雙氫氧化物 (LDH) 結構納入他們的設計中。這種層狀結構由薄金屬片組成，金屬片之間有水分子和陰離子。通過調整金屬離子的比例和類型，研究人員微調了催化劑的物理和化學性質。鐵和鎂的添加有助於填充銅顆粒之間的空隙，有效防止團聚並提高耐熱性。

實時紅外分析和反應測試揭示了新催化劑為何如此有效。傳統的銅催化劑轉化 CO₂ 通過稱為甲酸鹽的中間化合物在一氧化碳中。然而，新材料完全避免了這些介體，將其轉化為二氧化碳₂ 直接將二氧化碳排放到其表面。通過避免產生甲烷或其他副產物的副反應，該催化劑即使在 400°C 的相對較低溫度下也能保持高活性。

創紀錄的業績和全球意義

在400℃下，該催化劑的一氧化碳收率為33.4%，生成率為223.7微摩爾每克催化劑每秒(μmol·gcat-1·s-1)，連續保持100小時以上的穩定性。這些結果表明，與標準銅催化劑相比，形成速率高 1.7 倍，產率高 1.5 倍。與昂貴但活性高的鉑基催化劑相比，新型催化劑的生成速度提高了2.2倍，收率提高了1.8倍。這使其成為表現最好的合作夥伴之一₂ 世界變革的催化劑。

“低溫CO₂ 該項目首席研究員 Kee Young Koo 博士表示：“加氫催化劑技術是一項突破，能夠利用廉價且豐富的金屬高效生產一氧化碳。它可以直接應用於可持續合成燃料關鍵原料的生產。”展望未來，我們將繼續研究，將其應用擴展到實際工業環境中，從而為實現碳中和和可持續合成燃料生產技術的商業化做出貢獻。 ”

筆記

* 電子燃料是通過將綠色氫與可再生電力和捕獲的二氧化碳相結合而產生的合成燃料。₂ 來自大氣或可持續生物質。它們正在成為傳統化石燃料的一種有前景的替代品，特別是對於航空和航運等難以脫碳的行業。

研究結果於2025年5月在線發表 B 應用催化：環境與能源能源和環境催化領域的領先期刊。該研究得到了 KIER 研發項目“利用二氧化碳和氫氣生產 e-SAF（可持續航空燃料）的技術開發”的支持。