高选择性甲醇合成：CO2催化转化技术新进展

来自 实验室仪器网

研究人员发现，一种新型负载钯的无定形InGaZnOx（a-IGZO）催化剂可将二氧化碳转化为甲醇，选择性超过91%。

该研究揭示了一种为具有挑战性的反应设计基于半导体的催化剂的新策略，包括通过将二氧化碳转化为甲醇来捕获碳。与传统催化剂相比，这项技术利用半导体的电特性来生产转化反应所需的各种物质。该研究提出了基于电子结构工程的新可持续催化设计概念。

全球实现碳中和的努力取决于吸收CO的能力2并将其转化为有利可图的资源。最有前途的方法之一是将CO2转化为甲醇（CH3OH）的Ol-ÁSTechnologies，它是化学工业中的重要建筑成分，也是氢能经济中可能的清洁能源载体。

虽然这一战略为减少温室气体排放提供了令人信服的机会，同时提供了财富，但技术障碍仍然存在。

用于CO的常规催化剂2-到CH3OH转化，例如基于铜-锌氧化物络合物的OH转化，具有低选择性。它们经常产生不需要的一氧化碳（CO）作为副产品，从而减少CH3OH输出和破坏效率和环境优势。这促使研究人员研究其他利用半导体材料固有电子特性的催化剂设计方法。

研究结果表明，n型氧化物半导体可以设计为极其有效的CO催化剂2-到CH3OH转换。来自东京科学学院的MasaakiKitano教授和MasatakeTsuji助理教授共同撰写了这项研究，该研究是与三菱化学株式会社合作进行的。

研究人员专注于非晶铟基氧化物，即a-InGaZnOx（a-IGZO），它在显示技术中通常用作驱动像素的半导体。他们制造了这些氧化物的细粉，以增强表面积，这是催化活性的重要组成部分。接下来，科学家们评估了所生产材料的催化功效，分别评估了与钯（Pd）纳米颗粒结合使用。

关键的发现是了解这些半导体催化剂的电结构如何促进所需的转化过程。与严重依赖表面化学的典型催化剂不同，a-IGZO系统具有独特的电子特性。

导带最小值对应于“通用氢电荷跃迁能级（UHCTL），这是半导体中的能级，其中H和H+−离子同样稳定。UHCTL距离真空水平约为4.5eV。

这种排列使催化剂能够产生带正电和带负电的氢，这是转化CO的多步骤过程所必需的2进入CH3哦。

Pd纳米颗粒充当氢源，将氢分子转化为原子氢（H0）并将它们输送到半导体表面。氧化物半导体中的高载流子浓度允许H0在钯/半导体接触处的肖特基势垒上穿隧。

由于这些工艺，负载Pd的a-IGZO催化剂对CH的选择性超过91%3OH生成，这是对传统系统的显着改进。总体而言，所建议的基于半导体的方法可能会代表催化剂设计的范式变革，从传统的以表面化学为重点的策略转向基于电子结构的新策略。

研究结果不仅证明了利用电子、空穴、氢物质及其在半导体中的动力学来抑制一氧化碳的有效性2氢化，同时也提出了催化剂和电池等化学器件的新设计指南，这些发现应刺激开发更有效的碳捕获和利用系统。

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