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胡軍/龔學(xué)慶Nature子刊：Ni-CaO催化劑上CO2捕獲與原位轉(zhuǎn)化協(xié)同作用

集成式CO₂捕獲和轉(zhuǎn)化（iCCC）技術(shù)是一種有希望且低成本的碳中和方法，但對(duì)于吸附和原位催化反應(yīng)之間的協(xié)同作用缺乏共識(shí)，阻礙了其發(fā)展。

基于此，華東理工大學(xué)胡軍教授和龔學(xué)慶教授（共同通訊作者）等人報(bào)道了通過(guò)構(gòu)建連續(xù)的高溫鈣循環(huán)法和甲烷干重整（CaL@DRM）過(guò)程，說(shuō)明了CO₂捕獲和原位轉(zhuǎn)化之間的協(xié)同促進(jìn)作用。

具體而言，通過(guò)平衡多孔CaO上Ni納米顆粒的負(fù)載密度和尺寸來(lái)控制的吸附/催化界面，在650 ℃時(shí)CO₂和CH₄的超高轉(zhuǎn)化率分別為96.5%和96.0%起著至關(guān)重要的作用?。

通過(guò)DFT計(jì)算發(fā)現(xiàn)，單個(gè)CO₂更傾向于吸附在CaO表面，形成1個(gè)C-O（CaO）鍵和2個(gè)（CO₂）O-Ca鍵，即形成碳酸鹽類吸附物種（*CO₂）。計(jì)算得到的吸附能（E_ads）為1.21 eV，略強(qiáng)于Ni₄簇上的CO₂（E_ads=1.19 eV）。

計(jì)算得到的CO₂在Ni₄簇周圍CaO(100)不同位置上的吸附能都非常接近，說(shuō)明吸附的CO₂在CaO(100)表面的遷移率適中。

作者首先計(jì)算了*CH₄→*CH₃ + *H→*CH₂ + *H→*CH + *H→*C + *H在Ni₄-CaO(100) Ni位點(diǎn)上每一步CH₄脫氫路徑的能壘，分別為0.32 eV、1.21 eV、1.62 eV和2.61 eV。生成的*H既可以結(jié)合生成H₂，也可以參與CO₂轉(zhuǎn)化。

根據(jù)計(jì)算,從Ni位點(diǎn)*H溢出到附近*CO₂形成*COOH，能量勢(shì)壘為2.44?eV和所形成的*COOH可以進(jìn)一步解離成*CO?+?*OH，具有0.36 eV的小能量勢(shì)壘?，整個(gè)過(guò)程放熱0.89 ?eV。

*H也可與*CO₂反應(yīng)形成*HCOO物種，需要克服3.40?eV解離成*HCO?+?*O，*CO₂直接轉(zhuǎn)化為*CO?+?*Ni₄-CaO(100)上的O物種非常困難。結(jié)果表明，CaL@DRM途徑在Ni₄-CaO(100)表面上具有協(xié)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.

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