使用光代替热将甲烷生态友好地转化为有用气体

时间：2021-09-17 13:52:04 来源：

钛酸锶与铑纳米颗粒的结合在光辐射下以比热反应器所需的温度低得多的温度将甲烷和二氧化碳转化为合成气。

甲烷存在于地壳中非常丰富的天然气中，并且在现代应用中已发现许多用途，主要用作燃烧燃料。备选地，可以通过在所谓的甲烷干重整（DRM）中与二氧化碳反应，将甲烷转化为氢和一氧化碳的有用混合物，称为“合成气”。这种DRM反应被称为“上坡”，因为它需要消耗外部能量。热反应器必须处于高于800 C的高温下°才能有效转换。达到如此高的温度需要燃烧其他燃料，导致大量的温室气体排放，这是气候变化的主要原因。另外，由于聚集和碳沉淀（所谓的焦化），高温的使用还引起常用催化剂的失活。

研究人员试图利用光活化的光催化剂在低得多的温度下驱动甲烷的转化，而不是解决DRM反应的热催化系统的此类缺点。尽管已经提出了各种类似光催化剂的材料，但是事实证明在低温下获得可接受的转化性能具有挑战性。

幸运的是，包括宫内昌四郎教授在内的一组研究人员确定了一种有前途的材料组合，这些材料可以用作将甲烷转化为合成气的有效光催化剂。更具体地说，研究人员发现，钛酸锶与铑纳米颗粒的结合在光辐射下以比热反应器所需的温度低得多的温度将甲烷和二氧化碳转化为合成气。

研究人员确定，提出的光催化剂不仅比以前测试过的催化剂稳定得多，而且还避免了其他问题，例如催化剂颗粒的聚集（结块）和结焦（“发黑”）。最重要的是，正如Miyauchi教授所说：“所提出的光催化剂使我们大大超越了热催化剂的局限性，为合成气生产带来了高性能。”

研究人员还阐明了所提出的光催化剂导致甲烷转化率提高的物理机制。这种见解特别重要，因为它对其他类型的甲烷反应有影响。当前的系统需要紫外线（UV）辐射，这只是太阳光的一小部分。但是，“本研究提供了一种使用甲烷进行上坡反应的战略方法，并在化石燃料行业与可再生能源应用之间建立了联系。现在，我们正在开发对可见光敏感的系统。”宫内教授总结说。这些发现有望有望带来更加环保的发展，并有助于将来减少碳排放。

参考：Shusaku Shoji，Pengbo Peng，Akira Yamaguchi，Ryo Watanabe，Choji Fukuhara，Yohei Cho，Tomokazu Yamamoto，Syo Matsumura，Min Min-Wen，Satoshi Ishii，Fujishi Takeshi的“超越热反应系统限制的天然气的光催化上坡转化” ，安倍英机（Hideki Abe）和宫内昌宏（Masahiro Miyauchi），2020年1月27日，《自然催化》。
10.1038 / s41929-019-0419-z

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