新型混合催化剂有助于脱碳并使乙烯生产更具可持续性

一种新型混合催化剂可在一锅中将二氧化碳转化为乙烯。该催化剂由艾姆斯国家实验室、爱荷华州立大学、弗吉尼亚大学和哥伦比亚大学的科学家开发。该催化剂使用二氧化碳 (CO 2 ) 作为原料，以电力为动力高效生产乙烯，从而支持世界净零碳倡议。

乙烯是一种商品化学品，用于制造从塑料到防冻剂的各种产品。乙烯的大规模生产是能源密集型的，严重依赖化石资源。从CO 2电催化生产乙烯正在成为一种有前途的方法。这种新型催化剂仅由镍和铜等地球上丰富的材料组成，并且化学反应需要的能量更少。

艾姆斯实验室的科学家龙奇解释了催化剂的工作原理。固定在氮组装碳 (NAC) 上的原子分散镍用于在低电压和高电流下将CO 2催化成 CO。该催化剂在很宽的电压范围内均有效，其在更高电流下的有效性意味着更高的 CO 生成率。

“由于这种催化剂在非常宽的电压范围内保持活性，因此可以很容易地与第二种催化剂结合，”Qi 说。“所以我们使用第二种催化剂，它是铜纳米线，通过结合这两种催化剂，我们有一个非常有选择性的过程，在一个锅中从 CO2 到乙烯的效率高达 60% 。”

催化剂的另一个重要方面是它的结构。该团队的艾姆斯实验室科学家、爱荷华州立大学教授 Wenyu Huang 指出，催化剂的多孔结构提高了其有效性。“我们的催化剂具有有序的中孔结构，有利于传质，”他说。“因为它是高度多孔的，所以你有一个非常高的表面积来暴露大量镍的活性位点，使我们的催化剂在将 CO 2还原为 CO 方面非常有效。”

对于黄来说，这项研究最令人兴奋的方面是团队如何将两种催化剂结合起来以简化流程。“我们基本上将两种最好的催化剂单独结合起来，它们一起工作，因此我们可以在一个系统中将 CO 2转化为 CO 以及将 CO 转化为乙烯反应，”他说。

Qi 强调了使用 CO 2作为该反应原料的重要性，因为它解决了全球减少释放到大气中的 CO 2量的需求。他解释说，这个过程可以使用从化学或工业过程中或从空气捕获中回收的CO 2 。“我们可以在没有任何贵金属的情况下做到这一点，只需镍、铜、碳和氮，就可以实现大规模的工业应用，”Qi 说。“此外，我们可能会消除使用化石资源来制造乙烯。”