研究人员为水分解和二氧化碳分解技术设定了新标准

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潮星李 fli5@ncsu.edu. 919.515.7328

马特·希普曼 matt_shipman@ncsu.edu 919.515.6386.

来自北卡罗来纳州立大学的研究人员显着提高了两种技术的效率，用于分裂水来产生氢气和分裂二氧化碳（CO₂)来产生一氧化碳(CO)。这些产品是清洁能源和化学制造应用的宝贵原料。

水分解过程成功地将90%的水转化为氢气，而CO₂-拆分工艺转换98%以上的CO₂进入CO.此外，该方法还使用所得氧气将甲烷转化为合成气，这本身是用于制造燃料和其他产品的原料。

“这些进步是由我们专门设计的材料实现的，这些材料对每个过程都具有理想的热力学性质，”北卡州立大学化学和生物分子工程副教授李凡兴说，他是两篇有关这项工作的通讯作者。“这些特性以前从未被报道过，除非你使用稀土材料。”

的有限公司₂在拆分过程中，研究人员开发了一种锶铁氧体分散在氧化钙或氧化锰的惰性化学基质中的纳米复合材料。作为公司₂在由纳米复合材料组成的颗粒的填充床上运行，纳米复合材料分裂了CO₂捕获一个氧原子。这减少了CO₂，只留下一氧化碳。

“以前的Co.₂转换技术不是很有效，转换的CO远低于90%₂进入有限公司，“李说。“我们达到了高达99％的转换率。

“而且CO是有价值的，因为它可用于制造各种化学产品，包括从聚合物到醋酸的一切，”李说。

同时，在公司中捕获的氧气₂裂解过程与甲烷结合，利用太阳能转化为合成气。

对于水分裂过程，研究人员创造了铁掺杂铁锰氧化物颗粒。除了材料的差异之外，该过程非常相似。作为水 - 以蒸汽的形式 - 在颗粒的床上运行，铁掺杂的钡锰氧化物分裂并捕获氧原子。这留下了纯氢气。

“我们的转化率是90%，这与其他技术相比非常好——其他技术通常在10- 20%的范围内，”北卡罗来纳州的博士生、劈水工作论文的主要作者瓦苏德夫·哈比巴尔(Vasudev Haribal)说。

在水分解过程中捕获的氧气被用来制造合成气，使用的技术与CO相同₂分裂的过程。

“我们认为这两种材料和流程都代表了重要的步伐，”李说。“它们使用相对便宜的材料来有效地从容易获得的资源中提取有价值的原料（在水的情况下）或实际上是温室气体（在CO的情况下₂和甲烷）。

“我们现在正致力于开发更高效的材料，”李说。“我们愿意与有兴趣将这些流程扩大到生产领域的外部组织合作。”

co.₂将纸。”钙钛矿纳米复合材料作为有效CO₂-分裂剂在循环氧化还原方案，“发表在期刊上科学推进。本文的领先作者是南部博士张章，该研究人员在西安交通大学时代。本文由哈里巴尔共同撰写。该工作是以国家科学基金会的支持，根据“授予CBET-1254351和CBET-1510900”和“肯尼亚国家央行第1510900（CBET-1510900）”。

劈水纸，”Iron-Doped BaMnO_3.用于混合水裂解和合成气生产，“发表在期刊上ChemSusChem。本文是由冯·他，前博士学位的撰写。在NC州的学生，amit mishra，ph.d.学生处于NC状态。这项工作是通过NSF的支持，根据Grant CBET-1254351和NC州的肯南研究所完成。

希普曼-

编辑:研究摘要如下。

“钙钛矿纳米复合材料是循环氧化还原方案中有效的CO2分裂剂”

作者：J.S.张卡罗来纳州立大学和西安交通大学;五，哈里巴尔和北卡罗来纳州立大学

发表: 8月30日,科学推进

DOI: 10.1126 / sciadv.1701184

文摘:我们将含铁的混合氧化物纳米复合材料报告为热化学CO的高效氧化还原材料₂在循环氧化还原方案中，甲烷作为氧“汇”被引入，以促进氧化还原材料的还原，然后通过CO2裂解进行再氧化。甲烷部分氧化过程中合成气选择性高达96%，CO的转化率接近完全₂在原产地证书中₂- 用良好的氧化还原稳定性在900-980°C下实现 - 镀锌步骤。CO中的生产力和生产率₂- 佩佩步骤比最先进的播种疗程高约7倍₂裂解过程，在明显较高的温度下进行。该方法可用于醋酸合成，CO的还原率可达84%₂与最先进的工艺相比。

“Iron-Doped BaMnO_3.用于混合水分裂和合成气生成“

作者：Vasudev Pralhad Haribal，Feng He，Amit Mishra和Fanxing Li，北卡罗来纳州立大学

发表：8月7日，ChemSusChem

DOI: 10.1002 / cssc.201700699

文摘:提出了一种利用杂交太阳能氧化还原过程优化基于过渡金属氧化物的氧化还原催化剂的合理化策略和通过混合太阳氧化还原过程。单金属过渡金属氧化物不具有用于水分裂的理想性能;然而，密度函数理论计算表明钙钛矿结构BAMN的氧化还原性能_xFe._1-X.O_{3 -δ}可以通过改变B-位阳离子组合物来改变。具体而言，Bamn._0.5Fe._0.5O_{3 -δ}预计适用于混合太阳能氧化还原过程。实验研究证实了这一预测，结果表明，在水裂解过程中，90%的蒸汽转化为氢气，在甲烷部分氧化过程中，经过多次氧化还原循环后，合成气产量超过90%。与最先进的太阳能热裂解水催化剂相比，设计合理的氧化还原催化剂能够在显著较低的温度下分解水，蒸汽-氢转化率提高10倍。工艺模拟表明，与目前最先进的氢和液体燃料生产工艺相比，混合太阳能氧化还原工艺具有更高的效率，同时CO降低70%的潜力₂生产氢气的排放。