脈沖放電等離子體技術(shù)驅(qū)動CO<sub>2</sub>/CH<sub>4</sub>溫室氣體轉(zhuǎn)化獲進(jìn)展----中國科學(xué)院

加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點(diǎn)，為把我國建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設(shè)國際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國科學(xué)院辦院方針

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脈沖放電等離子體技術(shù)驅(qū)動CO₂/CH₄溫室氣體轉(zhuǎn)化獲進(jìn)展

2025-05-30 電工研究所

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近日，中國科學(xué)院電工研究所邵濤研究團(tuán)隊(duì)在溫室氣體資源化利用領(lǐng)域獲進(jìn)展，通過等離子體催化，一步轉(zhuǎn)化CO₂/CH₄為高附加值醇類化學(xué)品。

在溫室氣體資源化利用中，熱催化將CO₂/CH₄轉(zhuǎn)化為酸類、醇類、酮類等液態(tài)產(chǎn)物比較困難，該類反應(yīng)通常在700°C以上進(jìn)行，需要兩步制取，能耗巨大，且高溫易導(dǎo)致催化劑失活。等離子體催化可實(shí)現(xiàn)溫和條件下CO₂/CH₄轉(zhuǎn)化，一步制取液態(tài)產(chǎn)物。當(dāng)前，等離子體催化CO₂/CH₄轉(zhuǎn)化仍面臨液態(tài)產(chǎn)物選擇性較低，反應(yīng)過程復(fù)雜，機(jī)制解耦困難等問題。

研究團(tuán)隊(duì)采用納秒脈沖放電等離子體技術(shù)實(shí)現(xiàn)了CO₂/CH₄的精準(zhǔn)活化，創(chuàng)新性設(shè)計(jì)了一種金屬氧化物界面（CoO_x/Al₂O₃）催化劑，可實(shí)現(xiàn)CO₂/CH₄的定向轉(zhuǎn)化。通過等離子體參數(shù)優(yōu)化與催化劑界面調(diào)控，研究發(fā)現(xiàn)等離子體與氧化物界面之間存在強(qiáng)協(xié)同效應(yīng)，提升醇類化合物的選擇性至37.2％。

團(tuán)隊(duì)采用自制等離子體原位紅外系統(tǒng)診斷反應(yīng)關(guān)鍵中間體，結(jié)合表面密度泛函理論計(jì)算關(guān)鍵活性粒子吸附能，揭示了醇類化合物的產(chǎn)生機(jī)理。結(jié)果表明，脈沖放電等離子體活化CO?/CH?產(chǎn)生大量CO、OH和COH等活性粒子，氧化物界面加速了這些含氧自由基的界面吸附過程，促進(jìn)了碳-碳耦合與加氫。

該研究為溫室氣體資源化利用提供了有效解決方案，在清潔能源轉(zhuǎn)化方面展現(xiàn)出巨大潛力。

相關(guān)研究成果發(fā)表在《應(yīng)用催化B：環(huán)境與能源》（Applied Catalysis B: Environment?and?Energy）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金等的支持。

論文鏈接

等離子體催化CO₂/CH₄生成醇類示意圖

等離子體原位紅外解耦CO₂/CH₄生成醇類路徑

近日，中國科學(xué)院電工研究所邵濤研究團(tuán)隊(duì)在溫室氣體資源化利用領(lǐng)域獲進(jìn)展，通過等離子體催化，一步轉(zhuǎn)化CO2/CH4為高附加值醇類化學(xué)品。在溫室氣體資源化利用中，熱催化將CO2/CH4轉(zhuǎn)化為酸類、醇類、酮類等液態(tài)產(chǎn)物比較困難，該類反應(yīng)通常在700°C以上進(jìn)行，需要兩步制取，能耗巨大，且高溫易導(dǎo)致催化劑失活。等離子體催化可實(shí)現(xiàn)溫和條件下CO2/CH4轉(zhuǎn)化，一步制取液態(tài)產(chǎn)物。當(dāng)前，等離子體催化CO2/CH4轉(zhuǎn)化仍面臨液態(tài)產(chǎn)物選擇性較低，反應(yīng)過程復(fù)雜，機(jī)制解耦困難等問題。研究團(tuán)隊(duì)采用納秒脈沖放電等離子體技術(shù)實(shí)現(xiàn)了CO2/CH4的精準(zhǔn)活化，創(chuàng)新性設(shè)計(jì)了一種金屬氧化物界面（CoOx/Al2O3）催化劑，可實(shí)現(xiàn)CO2/CH4的定向轉(zhuǎn)化。通過等離子體參數(shù)優(yōu)化與催化劑界面調(diào)控，研究發(fā)現(xiàn)等離子體與氧化物界面之間存在強(qiáng)協(xié)同效應(yīng)，提升醇類化合物的選擇性至37.2％。團(tuán)隊(duì)采用自制等離子體原位紅外系統(tǒng)診斷反應(yīng)關(guān)鍵中間體，結(jié)合表面密度泛函理論計(jì)算關(guān)鍵活性粒子吸附能，揭示了醇類化合物的產(chǎn)生機(jī)理。結(jié)果表明，脈沖放電等離子體活化CO?/CH?產(chǎn)生大量CO、OH和COH等活性粒子，氧化物界面加速了這些含氧自由基的界面吸附過程，促進(jìn)了碳-碳耦合與加氫。該研究為溫室氣體資源化利用提供了有效解決方案，在清潔能源轉(zhuǎn)化方面展現(xiàn)出巨大潛力。相關(guān)研究成果發(fā)表在《應(yīng)用催化B：環(huán)境與能源》（Applied Catalysis B: Environment?and?Energy）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金等的支持。論文鏈接等離子體催化CO2/CH4生成醇類示意圖等離子體原位紅外解耦CO2/CH4生成醇類路徑

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