耐用的催化剂可以使二氧化碳大规模转化为合成气

二氧化碳和甲烷可以转化为更清洁的燃料和原料，使用一种稳定的新型催化剂，即使在高温下使用数百小时也不会变质。这种材料的巧妙设计甚至可以帮助解决其他催化过程中的稳定性问题。¹

甲烷和二氧化碳反应生成氢而且一氧化碳这一过程被称为干重整，提供了一种将不必要的温室气体转化为清洁燃料和其他有用化学物质的方法。氢气可以作为一种环境友好型能源，而合成气(氢气和一氧化碳的混合物)可以通过甲烷转化为各种有用的材料费过程．

但是干重整通常需要非常高的温度(800-1000°C)，在这种条件下，催化剂一直受到两个关键问题的困扰:结焦和烧结。当碳沉积物积聚在催化剂表面时发生结焦，而烧结是当催化剂颗粒结合在一起形成团聚体时发生。这两种情况都会导致催化剂失去活性。

结构完整性

现在，一种新的催化剂已经被证明可以连续工作超过850小时而不变质。它是由钼掺杂而成镍纳米颗粒，沉积在结晶氧化镁支架上。江家福•他所在的韩国先进科学技术研究院(Korea Advanced Institute of Science and Technology)团队开发了这种催化剂，他解释说，这种材料的独特结构是其稳定性的基础。

Yavuz说:“当你开始在活性气体下激活催化剂时，纳米颗粒实际上会在单晶表面移动，因为它们的熔点比体积的催化剂低。”“然后他们会寻找高能量点，也就是单晶上的台阶边或缺陷点。”

当活性催化剂到达这些高能量位置时，它们就会停止移动，因为它们变得热力学稳定，这就是保护催化剂不变质的原因。亚乌兹说:“由于所有的缺陷部位都被活性催化剂覆盖，而表面的其余部分已经是单晶，因此可以防止不必要的副反应。”

“这是非常独特的，具有重要的实际意义，因为典型的系统由于焦化和烧结而失效，”他说哈维尔Perez-Ramirez他是苏黎世瑞士联邦理工学院催化工程方面的专家。他对无缺陷氧化镁载体提高催化剂耐久性的方式印象深刻，并建议它可以在其他工艺中开辟可能性。他补充说:“这个概念是颠覆性的，确实可以在许多其他催化系统中加以利用。”

然而，Pérez-Ramírez也发出了警告，指出了扩大催化剂制造的复杂性。他说，与合成方案相关的一些关键问题需要解决，包括还原剂和表面活性剂的使用，以及在催化剂配方和技术形式成型后对结构的保护。

Yavuz指出，他的团队已经合成了4公斤的催化剂——尽管是100克的批次——并开始准备在资金合作伙伴沙特阿美公司运营的试点工厂进行测试。

除了干重整，Yavuz认为无缺陷的催化剂结构可以很好地造福于其他工艺。他说:“它的工作方式非常令人兴奋，因为它也可以帮助其他催化反应，而不仅仅是干重整。”“我认为我们已经想出了一些东西，可以远远超越这种单一反应。”

没有可卡因情况会更好

其他研究团队最近报道了抗焦化催化剂，改善了干重整过程的不同方面。这些研究还处于早期阶段，在实验室中进行了小规模的研究，但也可能为将来使这种反应更加实际提供方法。

日本研究人员开发的一种光催化剂能够促进干重整在更低的温度下．²铑基催化剂似乎也不受焦化和烧结的影响-至少几个小时。然而，这一过程目前只适用于非常低浓度的甲烷和二氧化碳。这除了价格非常高之外铑，可能会成为商业化的障碍。

加州大学圣巴巴拉分校的研究人员使用了一种熔融金属合金催化剂提高干法重整制合成气的氢含量。^3.较高的氢气与一氧化碳的比例提高了合成气的价值，并使进一步的提纯(例如费托化学法)变得更简单。通过使用液相催化剂，该团队还避免了结焦和烧结问题。

项目负责人说:“我们可以有意识地将一部分甲烷原料反应出来，产生固体碳和额外的氢，从而控制氢气与一氧化碳的比例。”埃里克·麦克法兰．从本质上讲，我们是将甲烷热解和干重整在一个锅中结合起来，以生产所需的额外氢气。麦克法兰认为，这一过程中产生的额外固体碳可以从熔体中回收并隔离，甚至可能用于电极和电池等产品。

亚乌兹印象深刻，并介绍了熔融镍的选择铟催化剂是“巧妙的”。然而，他也指出，该过程所需的低压可能会阻碍工业应用。