设计高效催化剂用于二氧化碳和水裂解

中科院大连化物所航天催化与新材料研究中心王晓东团队在高温热化学裂解二氧化碳和水制太阳能燃料（合成气或氢气）方面取得新进展。相关研究成果日前发表于《能源和环境科学》。

两步法太阳能高温热化学储能是利用聚焦太阳能，高温热裂解二氧化碳和水的过程。该方法可将间歇性、能量密度低、分布不均匀的太阳能转化为稳定、能量密度高、易于储存运输的太阳能燃料（合成气或氢气），从而实现太阳能到化学能的直接转化。如何设计性能优异的催化体系，实现二氧化碳和水的高效活化和转化具有重要意义，也十分具有挑战。

研究人员开发了一种CeO2-SnO2复合氧化物相变材料，可有效降低第一步热还原温度，提高氢气产量。然而，该方法的水裂解速率较低，氢气的产生速率和循环稳定性有待进一步提高。在此基础上，该团队开发了一种CeO2-TiO2复合氧化物负载的镍基催化剂，并在第一步热还原过程中引入还原剂——甲烷，可大幅提高太阳能燃料的产生速率和产量。

研究发现，在900℃等温条件下，二氧化碳和水裂解反应生成一氧化碳和氢气的产生速率是目前已有报道的最高值，甲烷部分氧化的转化率高达近100%。同时，该催化剂经过50个氧化还原循环后，仍能保持较高的二氧化碳和水裂解速率以及甲烷转化率。

该研究为设计高效催化体系用于太阳能热化学储能技术提供了重要的理论依据和全新策略。

相关论文信息：DOI:10.1039/C8EE03069C