新催化劑可在低壓下將二氧化碳轉(zhuǎn)為甲醇

美國斯坦福大學(xué)、斯坦福直線加速器中心國家加速器實驗室(SLAC)和丹麥技術(shù)大學(xué)組成的一個國際研究小組通過計算機(jī)篩選出可在低壓下將二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲醇的新型催化劑鎳—鎵(Ni5Ga3)。甲醇是塑料產(chǎn)品、黏合劑和溶劑的主要成分及有前景的運(yùn)輸燃料。該研究結(jié)果發(fā)表在近日《自然·化學(xué)》在線版上。

該研究主要作者、SLAC的科學(xué)家費(fèi)利克斯·斯圖特說:“甲醇是在高壓下用氫氣、二氧化碳和天然氣中的一氧化碳生成的。我們正在從清潔資源中尋找低壓條件下產(chǎn)生甲醇的方法，最終開發(fā)出利用清潔的氫生成甲醇的無污染制造過程。”

現(xiàn)有的甲醇廠內(nèi)，天然氣和水被轉(zhuǎn)化為包括一氧化碳、二氧化碳和氫氣的“合成氣”，然后該合成氣通過由銅、鋅和鋁構(gòu)成的催化劑在高壓過程下轉(zhuǎn)化成甲醇。

據(jù)每日科學(xué)網(wǎng)、物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報道，斯圖特和其同事花費(fèi)了很多時間去研究甲醇合成及其工業(yè)生產(chǎn)過程，并從分子水平上弄清楚了甲醇合成時銅—鋅—鋁催化劑的活性位點(diǎn)，而后開始尋找能夠在低壓條件下，只使用氫氣和二氧化碳合成甲醇的新催化劑。斯圖特與合作者弗蘭克·彼得森開發(fā)了一個龐大的計算機(jī)數(shù)據(jù)庫，從中搜索出富有前途的催化劑，以取代在實驗室里測試各種化合物的方式。該論文的合著者之一、斯坦福大學(xué)化學(xué)工程教授延斯解釋說:“該技術(shù)被稱為計算材料設(shè)計。你可以得到完全基于計算機(jī)運(yùn)算的新型功能材料。首先通過巨大的計算能力識別新的和有趣的材料，然后進(jìn)行實驗測試?！?/p>

在數(shù)據(jù)庫中，斯圖特將銅—鋅—鋁催化劑與成千上萬的其他材料相比，發(fā)現(xiàn)最有前途的候選是一個稱為鎳—鎵的化合物。丹麥技術(shù)大學(xué)的研究團(tuán)隊隨后合成出鎳和鎵組成的固體催化劑。研究團(tuán)隊進(jìn)行一系列的實驗，以查看新的催化劑是否可在普通壓力下產(chǎn)生甲醇。

實驗室測試證實，計算機(jī)做出了正確的選擇。在高溫下，鎳—鎵比傳統(tǒng)的銅—鋅—鋁催化劑能產(chǎn)生更多的甲醇，并大大減少了副產(chǎn)品一氧化碳的產(chǎn)量。研究人員指出，鎳比較豐富，雖然鎵較昂貴，但被廣泛應(yīng)用于電子行業(yè)。這表明，新的催化劑最終可以擴(kuò)大規(guī)模用于工業(yè)。

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