今日Science：Na+门控水传导纳米通道促进CO2转化为液体燃料

来源：材料人

【引言】

我们探索了是否可以制造纳米通道，以在高温和高压条件下排斥大约为水合离子大小（如Na+，6.6Å）的小气体分子，以用于催化。例如，副产物水强烈抑制了CO2加氢成液体燃料（如甲醇）的动力学和热力学。疏气导水纳米通道可以通过除去水，保留反应气体和产物的同时，可以提高反应速率，使平衡向产物生成方向转移。但是，能够区分水分子（动力学直径2.6Å）和小至H2（动力学直径2.9Å）的气体分子的埃级纳米通道非常具有挑战性。此外，需要将纳米通道在没有缺陷的情况下组装成可以在> 200°C和> 20 bar的压力下运行的实用分离膜。

【成果简介】

今日，在美国伦斯勒理工学院Miao Yu团队（通讯作者）带领下，与浙江工业大学、密苏里科技大学和美国天然气技术研究所合作，报告了通过合理设计的方法组装成厘米级膜，其具有可忽略不计的缺陷、阻气水传导性的NaA沸石纳米通道。通过在高温和高压下实验天然气脱水证实了水的传导，这很可能是由于Na+的门控效应的结果，该Na+位于8个氧环孔中，调节了其有效尺寸。这种导水膜（WCM）在高温（200至250℃）和压力（21至35 bar）下大幅的提高了CO2转化率和甲醇生产中CO2加氢催化合成中甲醇产率。相关成果以题为“Na+-gated water-conducting nanochannels for boosting CO2 conversion to liquid fuels”发表在了Science。

【图文导读】

图1 合理设计水导膜的制备策略和分离/渗透性能

图2 DFT模拟通过NaA沸石通道的分子通道

图3 膜反应器的概念示意图和催化性能

图4 WCMs催化MR与文献在CO2转化率和甲醇时空产率方面的比较

文献链接：Na+-gated water-conducting nanochannels for boosting CO2 conversion to liquid fuels（Science，2020，DOI:10.1126/science.aaz6053）