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据美国麻省理工学院(MIT)网站2012年4月11日报道,MIT的研究人员已经发现Cu-Au纳米复合材料可以将CO2转换为燃料气,而且转化过程并不需要很多的能耗。当将纳米Cu制成电极,并在一定的电压下进行CO2转化反应时,铜作为一种很强的催化剂,迅速与CO2发生电化学反应,不仅可以减少温室气体,而且可以形成有用甲烷或者甲醇气。
世界上有许多研究人员研究了铜潜在可能性是作为一种节能材料,回收利用发电厂排放的CO2,使其不要被释放到大气中,而是将废气CO2作为一种原料加以利用,特别是通过一种铜催化剂作用加以循环利用,使其变成甲烷等燃料气,再被发电厂利用。但是铜特性不同一般,容易被氧化,为什么旧钱币会生出绿色的铜锈就是一个很好的例证。这说明铜的性质不够稳定,可与CO2减缓反应产生一些并非人们想要的副产品,如一氧化碳和甲酸等。但是现在,MIT的研究人员已经想出一个解决方案,可以进一步减少CO2转化所需能源,同时使Cu金属变得更稳定。该研究小组将微小的纳米铜与纳米金混合,其目的在于强化铜的耐腐蚀性及抗氧化性。研究人员观察到, 金的掺入的确使铜变得更稳定。
在反复实验中,他们采用Cu-Au复合纳米微粒对电极进行了涂饰,发现这些纳米微粒对CO2转化所需能量,与纯铜纳米粒子相比要更少。这项研究成果近期将会在《化学通讯》(Chemical Communications)发表,这对于火力发电厂节能减排无疑是一项重大改革。
为了制得纳米粒子,科研人员将金盐溶液与铜盐溶液混合加热,制得纳米铜和纳米金融合体,然后再把纳米粒子通过一系列反应,使溶液转化成粉末,用于电极外涂。为了测试纳米粒子的反应活性,把经过纳米Cu-Au复合材料涂饰的电极放入烧杯内溶液中,同时向溶液中通入CO2,并在电极上附加很小的电压,测量溶液中产生的电流。研究人员推断,如果在电极上与CO2会发生反应,一定会有电流产生。即如果CO2分子在电极上的特定部位发生反应,然后释放允许其他的CO2分子在相同的位置发生反应,电流的出现会产生一定的电势;如果CO2分子在电极上被极化,反应进行会慢下来,延缓了外观相同电位电流的出现。研究小组最终发现电势应用达到一个稳定电流,对纳米Cu-Au复合材料来说比纯纳米铜涂饰的电极小得多,这预示着使用Cu-Au复合材料比使用纯铜纳米微粒,实现CO2转化所需能量要更少一些。
到目前为止,这个研究小组为了能够已经找到实现CO2转化的纳米Cu-Au最佳配比,他们已经试验了Cu/Au=2和Au/Cu=2复合材料的催化转化活性。就Cu和Au成本而言,Au自然比Cu更贵,但是研究人员在权衡转化效率和转化产物以及电极的重复使用寿命等多方面因素之后,才能确定选用何种配比最理想。
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GMT+8, 2024-8-22 04:18
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