一种新的铁基催化剂将二氧化碳转化为喷气燃料（附原文）

诸平

据玛丽亚·特明（Maria Temming）2020年12月22日在《科学新闻》（Science News）发表的报道，英国牛津大学（University of Oxford）、卡迪夫大学（Cardiff University）、剑桥大学（University of Cambridge）等单位的化学家与沙特阿拉伯王国的化学家合作，研制出一种新的铁基催化剂（Fe-Mn-K catalyst），可以将CO₂转化为喷气燃料，这种技术有一天可以减少航空旅行中的温室气体排放。相关研究结果于2020年12月22日在《自然通讯》（Nature Communications）杂志网站发表——Benzhen Yao, Tiancun Xiao, Ofentse A. Makgae, Xiangyu Jie, Sergio Gonzalez-Cortes, Shaoliang Guan, Angus I. Kirkland, Jonathan R. Dilworth, Hamid A. Al-Megren, Saeed M. Alshihri, Peter J. Dobson, Gari P. Owen, John M. Thomas, Peter P. Edwards. Transforming carbon dioxide into jet fuel using an organic combustion-synthesized Fe-Mn-K catalyst. Nature Communications, 2020, volume 11, Article number: 6395. doi: 10.1038/s41467-020-20214-z. .Published: 22 December 2020. Transforming_carbon_dioxide_into_jet_fuel_using_an.pdf

如今，飞机将大量气候变暖的CO₂排放到大气中。但是总有一天，从大气中吸收的CO₂可以用来为飞机提供动力。研究人员于12月22日发表在《自然通讯》上在线报道中说，一种新的铁基催化剂将CO₂转化为航空燃料。与汽车不同，飞机无法携带足够大的电池来依靠风力或太阳能发电。但是，如果使用CO₂而不是石油来制造喷气燃料，则可以减少航空旅行业的碳足迹。目前航空旅行业的CO₂排放量，占所有运输相关CO₂排放量的12％。

过去将CO₂转化为燃料的尝试依赖于由相对昂贵的材料（例如钴）制成的催化剂，并且需要多个化学处理步骤。新的催化剂粉末由便宜的成分（包括铁，锰、钾）制成，可一步转化CO₂。当CO₂和氢气一起放入反应室时，该催化剂有助于将CO₂分子中的碳与氧气分离并分别与氢结合，从而形成构成喷气燃料的碳氢化合物分子，来自CO₂的剩余氧原子与其他氢原子结合形成水。下面第一个反应是CO₂氢化反应即CO₂的还原反应；第二个是水汽逆变反应（reverse water gas shift reaction，RWGS reaction）;第三个反应是费托合成反应（Fischer-Tropsch synthesis reaction，FTS reaction）

牛津大学的化学家肖天存（Tiancun Xiao音译）和他的同事在一个小反应室中，用CO₂测试了他们的新催化剂。该反应室设置为300 ℃，并加压到海平面气压的10倍左右。在20 h内，催化剂将反应室内38％的CO₂转化为新的化学产品。这些产品中约有48％是喷气燃料碳氢化合物。其他副产物包括可用于制造塑料的类似石油化工产品，例如乙烯和丙烯。更多信息请注意浏览原文或者相关报道。类似研究如：Catalytic Hydrogenation of CO₂ to Isoparaffins over Fe-Based Multifunctional Catalysts

Abstract