聚合物涂层加速燃料生产

资料来源：筑波大学（University of Tsukuba）

概要：

研究人员发现，将聚合物涂层引入锡催化剂可加速温室气体 (CO2) 向工业燃料（甲酸盐）的转化。计算和电化学研究支持一种机制，其中围绕多孔锡催化剂的完整聚合物层有效地捕获 CO2 分子并将其运送到具有催化活性的金属表面。这种简单的催化剂设计策略可用于开发 CO2 回收系统。

众所周知，温室气体（如二氧化碳 (CO2)）在大气中的积累会导致气候变化。因此，二氧化碳捕获和回收对于减轻有害环境影响和解决气候危机至关重要。最近，来自日本的研究人员设计了一种聚合物涂层金属催化剂，可加速二氧化碳转化并提供绿色能源见解。

在 ACS Catalysis 上发表的一项研究中，筑波大学的研究人员描述了涂有聚乙二醇 (PEG) 的多孔锡 (Sn) 催化剂，并展示了这种聚合物如何促进二氧化碳转化为有用的碳基燃料。

各种聚合物可以捕获 CO2 分子，已知 Sn 催化剂可以将 CO2 还原为其他分子，例如甲酸盐 (HCOO-)，可重复用于为燃料电池供电。

“我们有兴趣将这些功能结合到一个单一的催化系统中，该系统可以从周围环境中清除二氧化碳并将其回收成甲酸盐，”研究小组负责人 Yoshikazu Ito 教授说。 “但是，很难以高生产率和高收率仅获得所需的产品甲酸盐，因此我们必须微调催化剂设计。”

PEG 包覆锡的甲酸盐产率是传统锡板电极的 24 倍，且未检测到副产物（甲酸盐产率 >99%）。为了理解这种增强的 CO2 还原反应，研究人员制造了一种涂有另一种 CO2 捕获聚合物（聚乙烯亚胺；PEI）的 Sn 催化剂，其结构与进入的 CO2 相互作用不同。 PEG 包覆的 Sn 仍然优于 PEI 包覆的 Sn，考虑到这些聚合物的化学特性，作者提出 PEI 将 CO2 分子固定得太紧，而 PEG 在捕获 CO2 并将其释放到催化 Sn 方面达到了关键平衡核。

“使用理论计算对这种反应进行建模证实了 PEG 将 CO2 穿梭到 Sn 中心的有利性，并解释了加速的甲酸盐生产，”博士生 Samuel Jeong 解释说。 “然而，我们想进一步阐明 PEG-CO2 相互作用。”

更详细的计算表明，虽然没有聚合物限制了 Sn 催化剂的 CO2 捕获能力，但过密的 PEG 层会抑制 CO2 转移到金属表面，从而减少甲酸盐的产生。 因此，完整但相对稀疏的 PEG 层非常适合将 CO2 输送到 Sn，同时保持富含 CO2 的环境并防止副产品释放。

“减少、再利用、再循环”的口号不再仅指一次性塑料。 Ito 及其同事报告的简单催化剂涂层技术可用于开发系统，将 CO2 有效回收成有用的化合物，如甲酸盐，可为提供绿色电力的燃料电池设备提供动力。

英文原文：University of Tsukuba. (2021, August 5). Polymer coating accelerates fuel production. ScienceDaily. Retrieved August 6, 2021 from www.sciencedaily.com/releases/2021/08/210805133758.htm

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