筑波大学开发带聚合物涂层的锡催化剂 加速生产碳基燃料

众所周知，随着大气中CO2等温室气体增多，全球气候正在发生变化。因此，捕捉CO2并对其进行循环再利用，对于缓解有害的环境影响，解决气候危机，具有重要意义。最近，日本研究人员设计了一种带聚合物涂层的金属催化剂，可以加速CO2转换，推进绿色能源前景。

据外媒报道，筑波大学（University of Tsukuba）的研究人员开发出涂覆聚乙二醇（PEG）的多孔锡催化剂，可以促进CO2转换，将其转化为有用的碳基燃料。
不同的聚合物可以捕捉CO2分子，已知锡催化剂可以将CO2还原为其他分子，如甲酸盐（HCOO-），并重复用于为燃料电池提供动力。研究负责人Yoshikazu Ito教授表示：“我们希望结合各种因素，使其成为单一的催化剂系统，可以净化来自周围环境的CO2，并将其回收为甲酸盐。然而，想要获得理想的甲酸盐，并实现高生产率，这并不容易。因此，我们不得不微调催化剂设计。”
比起传统镀锡电极，采用带PEG涂层的锡，可使甲酸盐的生产率提高24倍，并且不会产生副产物，相当于甲酸盐产量>99%。为了解相关反应，研究人员制备了涂有另一种可捕捉CO2的聚合物（聚乙烯亚胺，PEI）的锡催化剂，该结构与CO2产生的反应不同。
然而，PEG涂层锡的表现仍然超过PEI涂层锡。考虑到这些聚合物的化学特征，研究人员认为，PEI结合CO2分子过于紧密，而PEG可在捕捉CO2时达到关键平衡度，接着释放CO2至锡催化剂核心。“通过理论计算为该反应建模，可以证实PEG更利于将CO2传递至锡核心，加速甲酸盐的生产。然而，我们希望能进一步阐明这种PEG-CO2反应。 ”
通过更为具体的计算可以看出，在没有聚合物时，锡催化剂的CO2捕捉能力受到限制，而过于密集的PEG层，会阻止CO2向金属表面移动，从而降低甲酸盐产量。因此，完整同时相对较少的PEG层最为适合，有助于将CO2导入锡，同时保持富CO2环境，并阻止形成副产物。
研究人员表示，这种简单的催化剂涂层技术可用于开发系统，将CO2有效转化为甲酸盐等有用的化合物，为燃料电池设备提供绿色动力。