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来源:©肖凌波等2021

钨酸铋纳米板催化剂的扫描电镜图像

一种新型催化剂利用与每日温度变化相关的能量,将二氧化碳转化为甲醇。这项技术有一天可以用来供应可持续燃料。

中国的研究人员开发了一种催化剂,可以根据温度变化产生电流,然后利用这种电流驱动二氧化碳转化为甲醇。热释电过程依赖于钨酸铋纳米板,在温度变化期间收集热能,这可能提供了一种仅利用昼夜循环期间的自然热变化为燃料生产提供动力的方法。

苏州大学的Guifu邹他解释说,虽然我们都熟悉每天的温度变化,但大部分能量都被浪费了。他的团队希望找到一种方法,将这种失去的资源转化为可用的能源。他说:“在这项工作中,我们的演示是使用热释电材料从温度变化中捕获能量,并将其转化为化学能。”

邹的团队使用的热释电催化剂具有天然的内置电场。温度的变化导致晶体材料中的离子轻微移动,改变其电极化并产生电流。

邹解释说:“热释电材料的自发极化随温度的升高而降低。”“一旦热释电材料的温度发生变化,自发极化和束缚电荷之间的平衡就会被打破。为了重建余额,产生了免费费用。冷却过程也类似。”

显示Bi2WO6上对CO2的五种不同吸附构型的图像

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钨酸铋催化剂对二氧化碳的五种不同吸附构型。红色、灰色、紫色和棕色球体分别代表O、W、Bi和C原子

虽然热释电催化剂以前曾用于水分解反应,但这是首次将其应用于二氧化碳还原。在常压下,钨酸铋纳米材料可以在15°C到70°C的温度范围内进行20多次热循环生成甲醇。

虽然这些系统仍处于非常早期的阶段,但邹市明的团队指出,理论上,热电器件可以实现高达92%的能量转换,远远高于更发达的光伏技术通常看到的20%左右的效率。

“这项工作向催化还原CO的热释电平台的发展迈出了重要的一步。2敬甲醇,”评论道Hamideh Khanbareh他是英国巴斯大学热释电材料方面的专家,并没有参与该项目。“具有层状钙钛矿结构的钨酸铋纳米片具有高表面积和高光电和热释电活性,被证明非常适合将大量可用的低品位废热转化为电化学能量。Khanbareh说,随着对可持续能源的需求不断增长,这些发现将促进进一步研究使用热电化学燃料电池来制造更广泛的化学原料和燃料。

邹的团队现在将专注于寻找新的热释电材料,以提高这一过程的效率。“另一方面,光催化和热释电催化的协同作用可能为实现高效CO提供了一条途径2他补充道。