高溫碳捕集與原位轉化技術再獲進展

近日，華東理工大學化學與分子工程學院胡軍教授和龔學慶教授團隊合作，結合實驗和理論計算研究，在高溫碳捕集與原位轉化技術領域取得最新進展，相關工作成果以《鎳-氧化鈣雙功能材料協同強化碳捕集與原位轉化》為題在《自然通訊》上發表。

 

二氧化碳捕集、利用與封存（CCUS）是實現“碳中和”目標的一種有效技術方案，對抑制全球變暖發揮著重要作用。在各種CCUS技術中，二氧化碳捕集與原位轉化（iCCC）排除了CO2壓縮、存儲和運輸等問題，因此更具成本優勢。此外，iCCC技術可充分利用高溫煙氣的熱能并吸附熱能，將其直接轉化為化學能（化學品或能源小分子），為實現重點碳排放工業過程的“碳中和”提供創新途徑。

 

該論文首次闡明了碳捕集和原位轉化過程中的協同促進作用機制，為相關雙功能材料界面構筑和調控提供了科學依據。該工作基于鈣循環和甲烷干重整（CaL@DRM）耦合反應，通過氧化鈣(CaO)吸附位點和鎳(Ni)催化位點界面上中間物種的交互溢流作用，實現了碳酸鈣與甲烷直接轉化制合成氣的協同反應新路徑，同時有效抑制了常規甲烷干重整深度脫氫，造成催化劑“積碳”失活等問題。

 

在此協同促進機制指導下，優化合成的Ni-CaO雙功能材料的碳捕集量高達12.8 mol/kg，捕集的二氧化碳轉化率高達96.5%，甲烷轉化率為96.0%，優于目前報道的雙功能材料性能以及傳統甲烷干重整催化劑效率。

 

該項工作提出的協同促進機制為理解復雜連串反應過程提供了新思路，并為功能材料的結構優化設計提供理論指導。