银二氧化硅复合催化剂：革新高效化学反应的未来

来自 实验室仪器网

近年来，科学家们在仿生催化剂的研究中取得了显著进展，这些催化剂模仿自然界中的酶，能够高效地促进化学反应。近期，在《能源与环境科学》发表的一项研究中，科研人员发明了一种银-二氧化硅复合催化剂，可以使用二氧化硅-氢氧化物循环控制局部pH值。

这项研究基于碳酸盐-硅酸盐循环，也称为地球的无机碳循环，其中二氧化碳(CO₂)保持平衡。在这个循环中，火山活动将二氧化碳从空气中提取出来并沉积在风化矿物中，然后重新释放到大气中。

硅酸盐岩风化会产生溶解的二氧化硅(SiO₂)，进而形成碳酸盐岩。这些岩石随后通过火山活动重新变成硅酸盐岩，影响地球温度的调节。二氧化硅是这一循环的关键成分，已用于电化学CO₂转化过程。

银催化剂用于碳捕获和利用(CCU)技术，能够高效地将二氧化碳转化为CO，而CO是石化产品的宝贵原料。然而，银催化剂尚未实现商业化，因为它们在高电流密度下容易发生颗粒团聚或结块，从而降低了对CO的选择性。

为了解决这个问题，研究团队开发了一种银-二氧化硅复合催化剂，以保持银催化剂的性能。pH值由氢氧离子(OH⁻)与二氧化硅相互作用来调节，氢氧离子溶解成硅酸盐形式并在中性条件下沉淀。这种方法解决了较高电流密度下的性能下降问题，而不会改变催化剂的物理结构。

与在高电流密度下会失去选择性的商业银催化剂（800mAcm⁻²时约为60%）不同，银-二氧化硅复合催化剂即使在1Acm⁻²的较高电流密度下也能保持近100%的选择性。此外，该催化剂在高电流密度下显著提高了CO₂转化为CO的转化率，提高了约47%。

银-硅复合催化剂提高了CO₂还原性能和耐久性，提高了CCU技术在电化学CO₂转化中的商业潜力。由于可逆循环，其出色的CO选择性和耐久性使其具有长期性能，从而提高了生产率和经济可行性。

展望未来，优化高效催化剂的制造工艺并进行长期耐久性测试，以期在发电厂和石化厂等工业设施中得到应用。

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