新发现的催化剂可能导致甲醇的清洁生产

艺术家的镀镍活性位点的渲染，将氢气和二氧化碳合成到甲醇中。镍原子是浅灰色的，镓原子是深灰色，氧原子是红色的。

国际科学家团队创造了一种新的镍镓催化剂，可用于将氢气和二氧化碳排放转化为甲醇。

研究团队发现了将二氧化碳转化为甲醇的潜在干净，低成本的方法，这是一种塑料，粘合剂和溶剂的关键成分，以及用于运输的有希望的燃料。

来自斯坦福大学的科学家，SLAC国家加速器实验室和丹麦技术大学综合理论和实验，鉴定了一种新的镍镓催化剂，其将氢气和二氧化碳转化为甲醇，与常规催化剂更少。结果发表于3月2日在线版的“自然化学”。

“使用来自天然气的氢气，二氧化碳和一氧化碳的巨大压力在巨大的压力下在巨大的厂家中加工。“我们正在寻找材料，而不是在低压条件下从清洁来源制造甲醇，例如阳光，同时产生低量的一氧化碳。”

作者说，最终目标是开发出大规模的制造过程，即使用清洁氢气是非污染和碳中性的，说。

“想象一下，如果你可以合成使用来自可再生源的氢气的甲醇，例如阳光分裂，以及从发电厂和其他工业烟囱捕获的二氧化碳，”斯坦福大学化学工程教授Jens Norskov表示。“最终，我们还想制备更高的醇，如乙醇和丙醇，这与甲醇不同，可以直接添加到汽油中。”

工业甲醇

在全球范围内，每年生产约6500万公吨甲醇，供涂料，聚合物，胶水和生物燃料制造。在典型的甲醇植物中，将天然气和水转化为合成气（合成气），由一氧化碳，二氧化碳和氢气组成。然后使用由铜，锌和铝制制成的催化剂在高压工艺中将合成气转化为甲醇。

“我们花了很多时间研究甲醇合成和工业过程，”Stemt说。“我们花了大约三年时间才能如何运作，并识别合成甲醇的铜 - 锌 - 铝催化剂上的活性位点。”

一旦他和他的同事理解分子水平的甲醇合成，就开始寻找能够在低压力下使用氢和二氧化碳合成甲醇的新催化剂。Studt而不是在实验室中测试各种化合物，而是在大规模的计算机化数据库中搜索有前途的催化剂，即他和共同作者在SLAC开发的弗兰克比里亚斯队。

“该技术被称为计算材料设计，”斯坦福和斯坦福州和斯塔克州的Suncat Center催化剂州的Suncat中心主任Norskov。“您可以完全基于计算机计算获得新功能材料的想法。首先在实验中没有试用和错误。您使用您的洞察力和巨大的计算机电源来识别新的和有趣的材料，然后可以通过实验测试。“

Studt将铜 - 锌 - 铝催化剂与数千种其他材料进行比较。最有前途的候选人原来是一个叫做镍镓的鲜为人知的化合物。

“一旦我们把复合的名字拿出来了，仍然有人必须测试它，”Norskov说。“所以我们必须有一个很好的实验伙伴。”

Norskov由IB Chorkendorff丹麦技术大学转向研究小组，由IB Chorkendorff是该研究论文的合作。首先，丹麦团队进行了将镍和镓合成固体催化剂的任务。然后，科学家进行了一系列实验，看看新催化剂是否实际上可以在普通室压力下生产甲醇。

实验室测试证实计算机已做出正确的选择。在高温下，镍镓生产比常规铜 - 锌 - 铝催化剂更多的甲醇，并且相当少的一氧化碳副产物。

“你想制备甲醇，而不是一氧化碳，”Chorkendorff说。“您也希望稳定的催化剂并没有分解。实验室测试表明，镍镓实际上是非常稳定的固体。“

虽然这些结果显示了承诺，但大量的工作就在前面。“我们想让催化剂变得更加干净，”Chorkendorff补充道。“如果含有少数纯镍的纳米颗粒，则输出液滴相当一点，因为纯镍在合成甲醇时是惰性的。事实上，它使您不想要的各种化学副产品。“

镍相对丰富，镓虽然更昂贵，但广泛用于电子行业。根据作者，这表明新的催化剂最终最终可以扩大用于工业用途。但要使甲醇合成真正的碳中性过程将需要克服许多额外的障碍。

该研究的其他共同作者是Slac的Jens Hummelshoj;和Irek Sharafutdinov，Christian Elkjaer和丹麦技术大学索伦大尔。

该研究得到了美国能源部，丹麦国家研究基金会和丹麦科技和创新部的支持。

出版物：Felix Studt等，“发现二氧化碳减少二氧化碳催化剂，”自然化学，2014; DOI：10.1038 / nchem.1873

图像：Jens Hummelshoj / Slac