华东理工Nature子刊：Ni-CaO催化剂上CO2捕获与原位转化协同作用

集成式CO2捕获和转化（iCCC）技术是一种有希望且低成本的碳中和方法，但对于吸附和原位催化反应之间的协同作用缺乏共识，阻碍了其发展。

基于此，华东理工大学胡军教授和龚学庆教授（共同通讯作者）等人报道了通过构建连续的高温钙循环法和甲烷干重整（CaL@DRM）过程，说明了CO2捕获和原位转化之间的协同促进作用。

具体而言，通过平衡多孔CaO上Ni纳米颗粒的负载密度和尺寸来控制的吸附/催化界面，在650 ℃时CO2和CH4的超高转化率分别为96.5%和96.0%起着至关重要的作用 。

通过DFT计算发现，单个CO2更倾向于吸附在CaO表面，形成1个C-O（CaO）键和2个（CO2）O-Ca键，即形成碳酸盐类吸附物种（*CO2）。计算得到的吸附能（Eads）为1.21 eV，略强于Ni4簇上的CO2（Eads=1.19 eV）。计算得到的CO2在Ni4簇周围CaO(100)不同位置上的吸附能都非常接近，说明吸附的CO2在CaO(100)表面的迁移率适中。

作者首先计算了*CH4→*CH3 + *H→*CH2 + *H→*CH + *H→*C + *H在Ni4-CaO(100) Ni位点上每一步CH4脱氢路径的能垒，分别为0.32 eV、1.21 eV、1.62 eV和2.61 eV。生成的*H既可以结合生成H2，也可以参与CO2转化。

根据计算,从Ni位点*H溢出到附近*CO2形成*COOH，能量势垒为2.44 eV和所形成的*COOH可以进一步解离成*CO + *OH，具有0.36 eV的小能量势垒 ，整个过程放热0.89  eV。

*H也可与*CO2反应形成*HCOO物种，需要克服3.40 eV解离成*HCO + *O，*CO2直接转化为*CO + *Ni4-CaO(100)上的O物种非常困难。结果表明，CaL@DRM途径在Ni4-CaO(100)表面上具有协同作用。

Synergistic promotions between CO2 capture and in-situ conversion on Ni-CaO composite catalyst. Nat. Commun., 2023, DOI: 10.1038/s41467-023-36646-2.

https://doi.org/10.1038/s41467-023-36646-2.

转自：“萤火科研”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！