为了寻找这个“对的人”,科学家们一直想了很多办法。

文章作者:管理一号 | 2019-02-15
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图1 生物质动力(图片来自网络)

来历:中科院之声

提到动力,人们首要会想到煤炭、石油、天然气等,它们在各行各业中有着无关宏旨的方位。近年来,跟着化石动力的减少和环境污染的增加,寻找可以代替化石动力等一次性动力的新式可再生动力迫在眉睫。

生物质能,这种可再生动力越来越得到科学家们的喜欢。生物质能是运用天然界的植物、粪便以及城乡有机废物转化成的动力。

图2 焚烧农作物秸秆(图片来自网络)

生物质是地球上最丰盛的可再生资源,怎样有用运用这种资源,是科学家们一贯极力探求的问题之一。

以农作物秸秆为例,我国每年发作逾越7亿吨秸秆类生物质,这类本应成为贵重资源的生物质现在除少部分被有用运用外,其他全部被焚烧或经过天然降解而被消耗。季节性焚烧农作物秸秆已成为我国独有的一道“风景线”,生物质资源“找不到对的人”的状况不只构成巨大资源浪费,而且发作的许多二氧化碳及甲烷等温室气体会对环境构成恶劣影响。

因此,生物质资源的有用运用关于改善环境、部分代替化石动力和可持续发展等具有重大意义。

图3 生物质转化进程(图片来自网络)

科学家发现,生物质及其衍生途径分子经过多种催化转化进程,可以转化成燃料和化学品,用来代替化石资源。由于其丰盛的含氧量,生物质衍生途径分子的“选择性加氢”被认为是生物质精细化工出产中运用最广泛的办法之一。

也就是说,有用运用生物质资源的要害,在于找到适合的催化剂,这就相当于给生物质资源寻找一个“对的人”。

 图4 (图片来自网络)

为了寻找这个“对的人”,科学家们一贯想了许多办法。

现在“加氢催化剂”的活性组分首要依赖于贵金属(铂,金,钯,钌等)活性位,但它们的储量低且价格昂贵,严峻约束了其工业化运用。而传统非贵金属纳米催化剂由于描画和标准均一性差、活性位点单一,导致了其在加氢催化进程中的活性、选择性以及稳定性差。

虽然最近依据金属有机结构材料制备低成本、高催化活性的金属-氮-碳结构的催化剂体系得到了研讨者的广泛注重,但是金属有机结构材料的高温直接碳化会导致氮含量和孔隙率下降,影响材料的催化功用。因此,需求构筑适合的纳米结构去坚持材料的催化活性。

图5 金属有机结构材料衍生催化剂体系(图片来自网络)

那么,怎样才华构筑出适合的纳米结构以坚持材料的催化活性呢?

最近,中科院合肥物质科学研讨院固体物理研讨所给出了答案:他们找到了一种适合于生物质加氢的高效非贵金属催化剂,即氮掺杂碳纳米管包裹的钴纳米颗粒催化剂。

由于高温分步热解使得碳纳米管的生长更有序,一同一维碳纳米管结构可有用阻遏碳化进程中钴颗粒的增大和集会,使得钴纳米颗粒被高度均匀的包裹于氮掺杂碳纳米管。

分析标明,所构筑的催化剂存在许多的钴-氮活性位,进而导致非贵金属催化剂在生物质加氢进程中具有“三高”,即高活性、高选择性以及高稳定性,其催化功用抵达甚至逾越现有贵金属催化剂的水平。

图6 催化剂描画及结构表征图

相关研讨为制备具有高效非贵金属基加氢催化材料供应了新的、有用的途径,并为新的加氢活性位的了解供应了必定的基础。研讨效果宣告在国际期刊《先进材料》上(Adv。 Mater。 2019, DOI: 10.1002/adma.201808341)。

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