Die übermäßige Nutzung fossiler Energie verursacht die globale Erwärmung und andere Umweltprobleme. Um den Treibhauseffekt zu reduzieren, werden zwei Haupttreibhausgase – CO2 und CH4 – als Rückkopplung verwendet, um Synthesegas (CO und H2) durch CO2-CH4-Reformierungstechnik (DRM) zu erzeugen.
Der Schlüssel zu DRM ist die Wahl des Katalysators. Der Katalysator für die DRM-Reaktion besteht hauptsächlich aus zwei Teilen: dem aktiven Metall und dem Träger, wobei ein geeigneter Träger eine wichtige Rolle bei der Förderung der Reaktionsaktivität und -stabilität spielt. Derzeit gilt ZrO2 aufgrund des Vorhandenseins von Sauerstoffleerstellen als vielversprechender Katalysatorträger. Studien zum Einfluss von Sauerstoffleerstellen auf der ZrO2-Oberfläche auf CO2-Adsorptions- und Aktivierungsprozesse fehlen jedoch noch.
Eine Forschungsgruppe von Juntian Niu von der Taiyuan University of Technology untersuchte die Wirkung von Sauerstoffleerstellen auf die Adsorption und Aktivierung von CO2 auf der ZrO2-Oberfläche durch Berechnungen der Dichtefunktionaltheorie (DFT).
Sie fanden heraus, dass die Sauerstoffleerstellen stark sowohl zur Adsorption als auch zur Aktivierung von CO2 beitragen, und dass das Wesentliche darin liegt, dass Sauerstoffleerstellen den Ladungstransfer von der ZrO2-Oberfläche zum CO2-Molekül stark erleichtern. Darüber hinaus wurde durch den Vergleich verschiedener kristalliner ZrO2-Phasen festgestellt, dass t-ZrO2 mit Sauerstoffleerstellen am günstigsten für die Adsorption und Aktivierung von CO2 ist.
Die neuen Erkenntnisse verdeutlichten die Rolle von Sauerstoffleerstellen bei der CO2-Adsorption und -Aktivierung für die Herstellung von Hochleistungs-DRM-Reaktionskatalysatoren unter Verwendung von ZrO2. In der Zwischenzeit lieferte es Leitlinien für das Design von hocheffizienten CO2-Katalysatoren auf atomarer Ebene.
Diese Ergebnisse wurden in veröffentlicht Grenzen in der Energie.
Mehr Informationen:
Juntian Niu et al, Verbesserte Leistung von Sauerstoffleerstellen bei der CO2-Adsorption und -Aktivierung über verschiedene Phasen von ZrO2, Grenzen in der Energie (2023). DOI: 10.1007/s11708-023-0867-7
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