利用离子液体催化转换废气燃料的新高技术

2016-10-18 08:12:20 adman 38

利用离子液体催化转换废气燃料的新高技术

利用离子液体催化转换废气燃料的新高技术

美国伊利诺大学一个科研小组成功研制出一种新的离子液体催化剂,利用该催化剂可以将废气转变成燃料,据每日科学网日前报道。

  伊利诺大学化学和生物工程教授、该科研小组负责人保罗·柯尼斯表示,他们采用氧化钛材料制作了一种可以提高人工光合作用效率的催化剂。人工光合作用即将二氧化碳气体转化成有用的碳基化学品,尤其是燃油或其他来源于石油的化合物,无需从生物质中提取得到。一直以来,人们都被二氧化碳电化学转化所需的超高电势所困扰,而该研究的独特之处在于:大大改进了人工光合作用的效率,能更高效更节能地将空气中的二氧化碳转变为燃料。

  在自然界中,绿色植物的光合作用,以有机体吸收太阳光,水和二氧化碳转换为糖,来维持绿色植物自身的生长。现在科学家们所做的人工光合作用就是模拟这个过程。事实上,在整个过程中,光的吸收和催化很重要,人工模拟这两步也很具有挑战。

  在人工光合作用中,电化学电池利用从太阳能集热器或风力涡轮机产生的能量,将二氧化碳转化成为简单的碳燃料,如甲酸或甲醇,进而将其制成乙醇或其他燃料。不过,人工光合作用要想成为主流技术仍面临着困难:将二氧化碳转化成为一氧化碳的过程要耗费大量能量。整个过程需要大量的电力来驱动上述反应,以至于储存的能量少于消耗的能量。

  以前的研究显示,当二氧化碳和水反应生成一氧化碳或者甲酸时,首先是要生成一种带负电的二氧化碳中间体,再由这种中间体转换为燃料。生成这种中间体需要很高的能量,这也是为什么二氧化碳的转化一直需要高电势的原因。

  对此,科研小组表示,他们的离子液体催化剂能够降低过程中所需的能量,离子液体可使反应中间体稳定,从而使得转换过程需要更少的电力。为了降低所需的电能,科研小组创造了这个以离子溶剂为电解质和催化剂的电化学系统。在这个系统中,水在正极上分解并释放出氢离子,氢离子渗透并且与负极上的二氧化碳反应,产生一氧化碳。利用这个系统,二氧化碳只需要非常低的电能就可以转化为合成气体,为下一步有机化合物的合成提供很大便利。其中,合成气体的生产效率可以达到80%以上。

  接下来,为了能让这个离子液体催化剂可以达到商业化应用,科研小组需要最大限度地加快反应速度,并使转化率最大化。这一研究得到了美国能源部的大力支持


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