可能低成本生產(chǎn)清潔甲醇的催化劑新發(fā)現(xiàn)

        一個(gè)國(guó)際研究小組發(fā)現(xiàn)了一種潛在的清潔，低成本的方式將二氧化碳轉(zhuǎn)化成甲醇，生產(chǎn)塑料，粘合劑和溶劑的主要成分，并有前途的運(yùn)輸燃料。來(lái)自斯坦福大學(xué)，斯坦福線(xiàn)性加速器中心國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室和丹麥技術(shù)大學(xué)的科學(xué)家結(jié)合理論和實(shí)驗(yàn)，以確定一個(gè)新的鎳 - 鎵催化劑轉(zhuǎn)化氫氣和二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲醇與少量的副產(chǎn)物比常規(guī)催化劑。該研究結(jié)果發(fā)表在Nature雜志上化學(xué)的3月2日網(wǎng)絡(luò)版上。
      “甲醇在使用氫氣，二氧化碳和一氧化碳天然氣非常高的壓力加工的大工廠(chǎng)，說(shuō)：”研究的主要作者費(fèi)利克斯·斯圖特，一個(gè)科學(xué)家的工作人員在SLAC 。 “我們正在尋找的材料比可以使甲醇從低壓條件下的清潔能源，同時(shí)產(chǎn)生少量的一氧化碳。 ”          最終的目標(biāo)是開(kāi)發(fā)出的無(wú)污染和碳中性的清潔利用氫的大規(guī)模制造過(guò)程中，作者說(shuō)。“試想一下，如果你能使用氫氣來(lái)自可再生能源，如水分裂陽(yáng)光和二氧化碳從發(fā)電廠(chǎng)和其他工業(yè)煙囪抓獲合成甲醇，說(shuō)：”合著者延Norskov ，化學(xué)工程在斯坦福大學(xué)的教授。 “最終，我們還要做高級(jí)醇，如乙醇，丙醇，它不同于甲醇，可今天直接添加到汽油中。 ”         工業(yè)甲醇在世界范圍內(nèi)，甲醇約65萬(wàn)噸，每年生產(chǎn)用于涂料，聚合物，膠水等產(chǎn)品的制造中使用。在一個(gè)典型的甲醇廠(chǎng)，天然氣和水被轉(zhuǎn)化為合成氣體（ “合成氣” ） ，它由一氧化碳，二氧化碳和氫氣。該合成氣然后使用由銅，鋅和鋁的催化劑轉(zhuǎn)化成甲醇的高壓過(guò)程。“我們花了很多時(shí)間去研究甲醇合成和工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程， ”斯圖特說(shuō)。 “我們花了大約三年弄清楚如何處理工作，并確定在銅 - 鋅 - 鋁催化劑合成甲醇的活性位點(diǎn)。 ”         一次，他和他的同事們了解甲醇合成在分子水平上，他們開(kāi)始了尋找能夠只使用氫氣和二氧化碳在低壓合成甲醇的新的催化劑。而不是測(cè)試各種實(shí)驗(yàn)室化合物的，斯圖特搜索中，他與人合著弗蘭克Abild - 彼得森開(kāi)發(fā)在SLAC一個(gè)龐大的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)前途的催化劑。         “該技術(shù)被稱(chēng)為計(jì)算材料設(shè)計(jì)，解釋說(shuō)：” Norskov的SUNCAT中心界面科學(xué)與催化在斯坦福大學(xué)和斯坦福直線(xiàn)加速器中心的主任。 “你得到的想法完全基于計(jì)算機(jī)的計(jì)算新型功能材料，有一個(gè)是在實(shí)驗(yàn)室沒(méi)有嘗試和錯(cuò)誤。你用你的洞察力和巨大的計(jì)算能力，以識(shí)別新的和有趣的材料，然后可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試。 ”斯圖特相比，銅 - 鋅 - 鋁催化劑與成千上萬(wàn)的其他材料中的數(shù)據(jù)庫(kù)。最有前途的候選原來(lái)是一個(gè)稱(chēng)為鎳 - 鎵鮮為人知的化合物。“一旦我們得到了該化合物的名稱(chēng)，從計(jì)算機(jī)中，有人仍然不得不測(cè)試它， ” Norskov說(shuō)。 “我們不這樣做實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)在這里，所以我們必須有一個(gè)良好的實(shí)驗(yàn)伙伴。 ”         Norskov轉(zhuǎn)向一個(gè)研究小組在丹麥技術(shù)大學(xué)為首的合著者磅Chorkendorff 。首先，丹麥隊(duì)進(jìn)行合成鎳和鎵成固體催化劑的任務(wù)。然后，科學(xué)家們進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)，以查看新的催化劑實(shí)際上可以產(chǎn)生甲醇中，在普通的房間壓力。在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試證實(shí)，電腦已經(jīng)做出了正確的選擇。在高溫下，鎳 - 鎵產(chǎn)生比傳統(tǒng)的銅 - 鋅 - 鋁催化劑更甲醇，并大大減少了一氧化碳的副產(chǎn)品。         “你想使甲醇，不一氧化碳， ” Chorkendorff說(shuō)。 “你還想要一個(gè)催化劑的穩(wěn)定，不分解。實(shí)驗(yàn)室測(cè)試表明，鎳，鎵，事實(shí)上，一個(gè)非常穩(wěn)定的固體。 ”雖然這些結(jié)果表明諾言，一個(gè)大量的工作擺在面前。 “我們想使催化劑多了幾分干凈， ” Chorkendorff補(bǔ)充。 “如果它包含純鎳短短的納米粒子，產(chǎn)量下降了不少，因?yàn)榧冩囀菭€在合成甲醇，事實(shí)上，它使各種你不想要的化學(xué)副產(chǎn)品。 ”         鎳也比較豐富，和鎵，雖然較昂貴，被廣泛應(yīng)用于電子行業(yè)。這表明，新的催化劑最終可以擴(kuò)大規(guī)模用于工業(yè)用途，根據(jù)作者。但是，為了使甲醇合成一個(gè)真正的碳中和過(guò)程將需要克服許多額外的障礙，他們指出。該研究的其他共同作者是斯坦福線(xiàn)性加速器中心的Jens Hummelshoj ;和Irek Sharafutdinov ，基督教埃爾凱和丹麥技術(shù)大學(xué)的索倫·達(dá)爾。