*，世界范圍內(nèi)溫室效應(yīng)日趨嚴(yán)重，而二氧化碳（CO2）是重要的溫室氣體，控制二氧化碳減排變得至關(guān)重要?？茖W(xué)家們探索著把二氧化碳變成有價(jià)值的資源，以二氧化碳為原料來(lái)制造燃料或其他化學(xué)品將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。過(guò)去，科學(xué)家對(duì)反應(yīng)機(jī)理的關(guān)鍵步驟沒(méi)有清楚的認(rèn)識(shí)，所以我們面臨的zui大挑戰(zhàn)是如何更地把CO2轉(zhuǎn)變成清潔燃料。
怎樣才能設(shè)計(jì)出只生成所需的甲烷或一氧化碳的有效反應(yīng)流程呢？太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（美國(guó)）的科學(xué)家Janos Szanyi博士確認(rèn)了，甲酸鹽是CO2轉(zhuǎn)化過(guò)程中的關(guān)鍵中間體。甲酸根離子和一氧化碳中間體轉(zhuǎn)化率的平衡決定了化學(xué)產(chǎn)物的種類。
Janos Szanyi博士說(shuō)：“這項(xiàng)研究為我們提供了重要的信息，將易得原料二氧化碳，轉(zhuǎn)化為有用的化學(xué)中間體——一氧化碳或能量載體甲烷。該中間體可用于生產(chǎn)碳?xì)浠衔锘蛉剂稀?rdquo;
多年來(lái)，甲酸鹽一直被認(rèn)為是“旁觀者”，一個(gè)對(duì)該化學(xué)反應(yīng)沒(méi)有貢獻(xiàn)的分子。 現(xiàn)在，科學(xué)家已經(jīng)表明，甲酸鹽確實(shí)是至關(guān)重要的。理解了反應(yīng)步驟以及甲酸鹽的作用后，科學(xué)家們?cè)O(shè)計(jì)出一種選擇性催化劑，從而獲得所需的化學(xué)品。理解反應(yīng)步驟也使科學(xué)家掌握了控制該反應(yīng)的重要條件。此外，這項(xiàng)工作結(jié)束了關(guān)于甲酸鹽在催化劑表面作用的長(zhǎng)期爭(zhēng)論。
在這項(xiàng)研究中，太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（美國(guó)）的一個(gè)團(tuán)隊(duì)，確定了控制催化劑對(duì)二氧化碳?xì)浠梢谎趸蓟蚣淄榈倪x擇性的因素。 使用傅氏轉(zhuǎn)換紅外線光譜/穩(wěn)態(tài)同位素瞬變動(dòng)力學(xué)這種新穎的分析方法，深入研究化學(xué)反應(yīng)過(guò)程和機(jī)制。
他們確定了催化劑表面的關(guān)鍵中間體（甲酸鹽和一氧化碳）的行為。對(duì)于一氧化碳的形成，決速步驟是在鈀金屬催化劑和氧化鋁載體界面處的甲酸鹽的轉(zhuǎn)化或還原。對(duì)于甲烷的形成，決速步驟是羰基加氫。甲酸鹽的還原速率和一氧化碳甲烷化速率決定了催化劑的選擇性。也就是說(shuō)，選擇性取決于表面的中間產(chǎn)物的吸氫反應(yīng)速度。同時(shí)，溫度也影響著甲酸鹽的覆蓋率，進(jìn)而影響了生成物，當(dāng)溫度越低時(shí)越容易生成CO，溫度越高時(shí)越容易生成CH4。
確定了反應(yīng)的關(guān)鍵步驟后，該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了三種具有不同鈀負(fù)載量的催化劑Pd / Al2O3。Pd / Al2O3催化CO2甲烷化和逆水煤氣交換反應(yīng)，分別生成CH4和CO。
研究者發(fā)現(xiàn)，負(fù)載的鈀含量是決定產(chǎn)物的重要因素。具有鈀含量zui少的催化劑對(duì)一氧化碳具有更高的選擇性。相比之下，負(fù)載鈀含量zui高的催化劑，形成甲烷的選擇性高于80％。據(jù)悉，該團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在正在對(duì)催化劑進(jìn)行改性并改變其活性位點(diǎn)，以調(diào)整其選擇性，旨在減少非必要產(chǎn)品的產(chǎn)量。所以這標(biāo)志著對(duì)于二氧化碳轉(zhuǎn)化研究過(guò)程又提升了一步。
將二氧化碳轉(zhuǎn)化為燃料或成減少溫室氣體重要途徑，可以看到很多的科學(xué)家正在努力通過(guò)化學(xué)技術(shù)手段減少大氣中的溫室氣體。我們相信隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，溫室氣體排放量必將日趨減少，讓我們拭目以待吧!
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