可能低成本生产清洁甲醇的催化剂新发现

        一个国际研究小组发现了一种潜在的清洁，低成本的方式将二氧化碳转化成甲醇，生产塑料，粘合剂和溶剂的主要成分，并有前途的运输燃料。来自斯坦福大学，斯坦福线性加速器中心国家加速器实验室和丹麦技术大学的科学家结合理论和实验，以确定一个新的镍 - 镓催化剂转化氢气和二氧化碳转化为甲醇与少量的副产物比常规催化剂。该研究结果发表在Nature杂志上化学的3月2日网络版上。
      “甲醇在使用氢气，二氧化碳和一氧化碳天然气非常高的压力加工的大工厂，说：”研究的主要作者费利克斯·斯图特，一个科学家的工作人员在SLAC 。 “我们正在寻找的材料比可以使甲醇从低压条件下的清洁能源，同时产生少量的一氧化碳。 ”          最终的目标是开发出的无污染和碳中性的清洁利用氢的大规模制造过程中，作者说。“试想一下，如果你能使用氢气来自可再生能源，如水分裂阳光和二氧化碳从发电厂和其他工业烟囱抓获合成甲醇，说：”合著者延Norskov ，化学工程在斯坦福大学的教授。 “最终，我们还要做高级醇，如乙醇，丙醇，它不同于甲醇，可今天直接添加到汽油中。 ”         工业甲醇在世界范围内，甲醇约65万吨，每年生产用于涂料，聚合物，胶水等产品的制造中使用。在一个典型的甲醇厂，天然气和水被转化为合成气体（ “合成气” ） ，它由一氧化碳，二氧化碳和氢气。该合成气然后使用由铜，锌和铝的催化剂转化成甲醇的高压过程。“我们花了很多时间去研究甲醇合成和工业生产过程， ”斯图特说。 “我们花了大约三年弄清楚如何处理工作，并确定在铜 - 锌 - 铝催化剂合成甲醇的活性位点。 ”         一次，他和他的同事们了解甲醇合成在分子水平上，他们开始了寻找能够只使用氢气和二氧化碳在低压合成甲醇的新的催化剂。而不是测试各种实验室化合物的，斯图特搜索中，他与人合着弗兰克Abild - 彼得森开发在SLAC一个庞大的计算机数据库前途的催化剂。         “该技术被称为计算材料设计，解释说：” Norskov的SUNCAT中心界面科学与催化在斯坦福大学和斯坦福直线加速器中心的主任。 “你得到的想法完全基于计算机的计算新型功能材料，有一个是在实验室没有尝试和错误。你用你的洞察力和巨大的计算能力，以识别新的和有趣的材料，然后可以通过实验测试。 ”斯图特相比，铜 - 锌 - 铝催化剂与成千上万的其他材料中的数据库。最有前途的候选原来是一个称为镍 - 镓鲜为人知的化合物。“一旦我们得到了该化合物的名称，从计算机中，有人仍然不得不测试它， ” Norskov说。 “我们不这样做实验室实验在这里，所以我们必须有一个良好的实验伙伴。 ”         Norskov转向一个研究小组在丹麦技术大学为首的合著者磅Chorkendorff 。首先，丹麦队进行合成镍和镓成固体催化剂的任务。然后，科学家们进行了一系列的实验，以查看新的催化剂实际上可以产生甲醇中，在普通的房间压力。在实验室测试证实，电脑已经做出了正确的选择。在高温下，镍 - 镓产生比传统的铜 - 锌 - 铝催化剂更甲醇，并大大减少了一氧化碳的副产品。         “你想使甲醇，不一氧化碳， ” Chorkendorff说。 “你还想要一个催化剂的稳定，不分解。实验室测试表明，镍，镓，事实上，一个非常稳定的固体。 ”虽然这些结果表明诺言，一个大量的工作摆在面前。 “我们想使催化剂多了几分干净， ” Chorkendorff补充。 “如果它包含纯镍短短的纳米粒子，产量下降了不少，因为纯镍是烂在合成甲醇，事实上，它使各种你不想要的化学副产品。 ”         镍也比较丰富，和镓，虽然较昂贵，被广泛应用于电子行业。这表明，新的催化剂最终可以扩大规模用于工业用途，根据作者。但是，为了使甲醇合成一个真正的碳中和过程将需要克服许多额外的障碍，他们指出。该研究的其他共同作者是斯坦福线性加速器中心的Jens Hummelshoj ;和Irek Sharafutdinov ，基督教埃尔凯和丹麦技术大学的索伦·达尔。