Die massiven CO2-Emissionen aus der Nutzung fossiler Brennstoffe haben eine Reihe von Umweltproblemen und den Klimawandel verursacht. Angetrieben durch die schnelle Entwicklung grüner Wasserstoff- und CO2-Abscheidungstechnologien entwickelt sich die Hydrierung von CO2 zu Kohlenwasserstoff-Kraftstoffen und -Chemikalien zu einem vielversprechenden Prozess zur Reduzierung des CO2-Fußabdrucks und zur Speicherung erneuerbarer Energien. Die photothermische Katalyse ermöglicht eine effiziente CO2-Umwandlung unter milden Bedingungen.
In einer von Prof. Kang Cheng (Hochschule für Chemie und Chemieingenieurwesen, Universität Xiamen) und Prof. Ye Wang (Hochschule für Chemie und Chemieingenieurwesen, Universität Xiamen) geleiteten Studie wurden Katalysatoren unter Verwendung eines Hochdruck-Festbettreaktors aus Quarzreaktor mit a bewertet quadratischer Hohlraum in der Mitte, um Licht einzuleiten. Die Studie ist veröffentlicht im Tagebuch Wissenschaft China Chemie.
Eine Reihe photothermischer NiFe-Legierungskatalysatoren wurde unter Verwendung der Harnstoff-unterstützten Fällungsmethode für die CO2-Methanisierung synthetisiert, wobei die bimetallischen NiFe-Nanopartikel mit Al2O3 als strukturellem Promotor und einem Ni/Fe-Atomverhältnis von 7 die beste katalytische Leistung aufwiesen.
Die CO2-Umwandlungsrate kann 98 % erreichen, die CH4-Selektivität beträgt 99 % ohne externe Heizung. Der Katalysator kann mehr als 100 Stunden lang stabil arbeiten. Im Vergleich zu anderen Katalysatoren wurde festgestellt, dass die geringe Partikelgröße der Legierung (~21 nm) und die einzigartige Schichtstruktur des NiFeAl-Katalysators den LSPR-Effekt der NiFe-Legierung verstärken könnten.
Im Vergleich zu Ni oder Fe können NiFe-Legierungen die CO2-Methanisierung synergetisch fördern. Die Temperatur auf der Oberfläche des Katalysators betrug unter Lichteinstrahlung, beobachtet durch eine Infrarotkamera, bis zu 356 °C, was darauf hindeutet, dass der Katalysator in der Lage war, Lichtenergie effizient in Wärmeenergie umzuwandeln.
Diese Arbeit stellte nicht nur einen effizienten Katalysator für die CO2-Methanisierung her, sondern lieferte auch die Idee für den strukturellen Entwurf eines photothermischen Katalysators.
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Jiarong Li et al., Effiziente photothermische CO2-Methanisierung über NiFe-Legierungsnanopartikeln mit verstärktem lokalisierten Oberflächenplasmonresonanzeffekt, Wissenschaft China Chemie (2023). DOI: 10.1007/s11426-023-1876-4