韩国科学家开发的新催化剂可使温室气体重新转化成燃料或氢气

韩国科学家通过开发一种经济耐用的催化剂，向碳循环经济迈出了重要的一步，利用催化剂可将温室气体重新转化为可用于燃料、氢气和其他化学品的组分。由廉价而丰富的镍、镁和钼制成的这种催化剂，可引发并加快二氧化碳和甲烷转化为氢气的反应，有效催化时间超过一个月。该研究结果发表在2020年2月14日出版的《科学》杂志上。

这种将二氧化碳之类的有害气体转化成有用化学物质的过程被称为“干重整”，以前此过程需要使用含贵金属(例如铂和铑)的催化剂。也曾有其他研究人员提出使用更经济的镍基催化剂，但易形成积炭，并且在镍金属面上形成表面碳纳米粒子，改变了催化剂的组成和几何结构，导致失活。该论文作者、韩国科学技术院(KAIST)的副教授Cafer T Yavuz指出：困难在于对大量催化剂表面的活性位点缺乏控制，因为不管怎样仔细的制备过程都会改变催化剂本身的性质。

研究人员在单晶氧化镁存在的还原环境下，在活性气体中加热制备镍钼纳米粒子。纳米粒子在空白氧化镁晶体表面移动寻找锚点(anchoring points)，使活化的催化剂封闭了自身的高能活性位，并永久固定了纳米颗粒的位置，这意味着镍基催化剂将不会积炭，而且表面镍颗粒也不会互相结合。研究人员将这种催化剂称为单晶边缘纳米催化剂(NOSCE)。镍微粒连续地与晶体阶梯边缘结合，覆盖了参与积炭的MgO表面高能中心，镍颗粒尺寸不再增大，因此NiMo催化剂不会发生积炭，使干重整反应均匀可控。

这项工作得到Saudi-Aramco-KAIST二氧化碳管理中心和韩国国家研究基金会的支持。