De enorme uitstoot van CO₂ van het gebruik van fossiele brandstoffen hebben een reeks milieuproblemen en klimaatverandering veroorzaakt. Gedreven door de snelle ontwikkeling van groene waterstof en CO₂ afvangtechnologieën, de hydrogenering van CO₂ naar koolwaterstofbrandstoffen en chemicaliën wordt een veelbelovend proces voor het verkleinen van de CO2-voetafdruk en de opslag van hernieuwbare energie. Fotothermische katalyse maakt efficiënte CO₂ mogelijk conversie onder milde omstandigheden.

Een studie onder leiding van prof. Kang Cheng (College of Chemistry and Chemical Engineering, Xiamen University) en prof. Ye Wang (College of Chemistry and Chemical Engineering, Xiamen University) evalueerde katalysatoren met behulp van een hogedrukvastbedreactor, kwartsreactor met een vierkante holte in het midden om licht te introduceren. De studie is gepubliceerd in het tijdschrift Science China Chemistry .

Er werd een reeks fotothermische katalysatoren uit NiFe-legeringen gesynthetiseerd met behulp van de ureum-ondersteunde precipitatiemethode voor CO₂ methanisering, waarbij de bimetaal NiFe-nanodeeltjes met Al₂ O₃ omdat de structurele promotor en de Ni/Fe-atoomverhouding van 7 de beste katalytische prestaties hadden.

De CO₂ het conversiepercentage kan oplopen tot 98%, de CH₄ de selectiviteit is 99% zonder externe verwarming. De katalysator kan meer dan 100 uur stabiel werken. Vergeleken met andere katalysatoren werd ontdekt dat de kleine deeltjesgrootte van de legering (~21 nm) en de unieke gelaagde structuur van de NiFeAl-katalysator het LSPR-effect van de NiFe-legering konden versterken.

Vergeleken met Ni of Fe kunnen NiFe-legeringen CO₂ bevorderen methanisering synergetisch. Er werd vastgesteld dat de temperatuur op het oppervlak van de katalysator wel 356 °C kon bedragen onder lichtstraling waargenomen door een infraroodcamera, wat aangeeft dat de katalysator in staat was lichtenergie efficiënt om te zetten in warmte-energie.

Dit artikel bereidde niet alleen een efficiënte katalysator voor CO₂ voor methanisering, maar leverde ook het idee op voor het structurele ontwerp van een fotothermische katalysator.

Meer informatie: Jiarong Li et al, Efficiënte fotothermische CO2-methanisering via nanodeeltjes van NiFe-legering met verbeterd gelokaliseerd oppervlakteplasmonresonantie-effect, Science China Chemistry (2023). DOI:10.1007/s11426-023-1876-4

Aangeboden door Science China Press