只要无法防止有害温室气体的产生,就应将其转化为有用的东西:这种方法称为“碳捕获和利用”,为此需要特殊的催化剂。然而,直到现在,问题是在这些催化剂上迅速形成一层碳,这被称为“焦化”,并且催化剂失去了作用。在 TU Wien,采用了一种新方法:通过特殊的预处理在钙钛矿晶体上产生微小的金属纳米颗粒。然后晶体表面和纳米颗粒之间的相互作用确保发生所需的化学反应而不会产生可怕的焦化效应。
二氧化碳和甲烷是对气候变化贡献最大的两种人为温室气体。这两种气体经常混合出现,例如在沼气厂中。所谓的甲烷干法重整是一种可用于同时将两种气体转化为有用合成气的方法,甲烷和二氧化碳被转化为氢气和一氧化碳,然后从它们中生产其他碳氢化合物就相对容易了,直到生物燃料。
这里最大的问题是催化剂的稳定性,迄今为止,用于该过程的金属催化剂往往会产生微小的碳纳米管,这些纳米管以黑色薄膜的形式沉积在催化剂表面并阻挡它。
TU Wien 团队现在创造了一种具有根本不同特性的催化剂,钙钛矿是一种含氧晶体,可以掺杂各种金属原子,可以将镍或钴插入钙钛矿,这些金属以前也被用于催化。
在 600 °C 左右用氢气对晶体进行特殊预处理,可使镍或钴原子迁移到表面并在那里形成纳米颗粒。纳米粒子的大小至关重要:直径为 30 至 50 纳米的纳米粒子已取得成功。然后在这些微小的晶粒上发生所需的化学反应,但同时钙钛矿中所含的氧阻止了碳纳米管的形成。
如果你选择合适尺寸的纳米颗粒,就不会产生碳膜,焦化不再是危险,而且纳米粒子是稳定的,催化剂的结构不会改变,可以长久使用。
新型钙钛矿催化剂可用于同时产生甲烷和二氧化碳的任何地方,在处理生物物质时经常出现这种情况,例如沼气厂。根据选择的反应温度,可以影响所得合成气的组成。通过这种方式,将破坏气候的温室气体进一步加工成有价值的产品可能成为可持续循环经济的重要组成部分。