韓國科學(xué)家通過開發(fā)一種經(jīng)濟耐用的催化劑，向碳循環(huán)經(jīng)濟邁出了重要的一步，利用催化劑可將溫室氣體重新轉(zhuǎn)化為可用于燃料、氫氣和其他化學(xué)品的組分。由廉價而豐富的鎳、鎂和鉬制成的這種催化劑，可引發(fā)并加快二氧化碳和甲烷轉(zhuǎn)化為氫氣的反應(yīng)，有效催化時間超過一個月。該研究結(jié)果發(fā)表在2020年2月14日出版的《科學(xué)》雜志上。

這種將二氧化碳之類的有害氣體轉(zhuǎn)化成有用化學(xué)物質(zhì)的過程被稱為“干重整”，以前此過程需要使用含貴金屬(例如鉑和銠)的催化劑。也曾有其他研究人員提出使用更經(jīng)濟的鎳基催化劑，但易形成積炭，并且在鎳金屬面上形成表面碳納米粒子，改變了催化劑的組成和幾何結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致失活。該論文作者、韓國科學(xué)技術(shù)院(KAIST)的副教授Cafer T Yavuz指出：困難在于對大量催化劑表面的活性位點缺乏控制，因為不管怎樣仔細的制備過程都會改變催化劑本身的性質(zhì)。

研究人員在單晶氧化鎂存在的還原環(huán)境下，在活性氣體中加熱制備鎳鉬納米粒子。納米粒子在空白氧化鎂晶體表面移動尋找錨點(anchoring points)，使活化的催化劑封閉了自身的高能活性位，并永久固定了納米顆粒的位置，這意味著鎳基催化劑將不會積炭，而且表面鎳顆粒也不會互相結(jié)合。研究人員將這種催化劑稱為單晶邊緣納米催化劑(NOSCE)。鎳微粒連續(xù)地與晶體階梯邊緣結(jié)合，覆蓋了參與積炭的MgO表面高能中心，鎳顆粒尺寸不再增大，因此NiMo催化劑不會發(fā)生積炭，使干重整反應(yīng)均勻可控。

這項工作得到Saudi-Aramco-KAIST二氧化碳管理中心和韓國國家研究基金會的支持。