科研突破！新技术将高浓度二氧化碳废气变 “化工宝藏”

在应对全球气候变化、探索可持续发展道路的征程中，科学家们又迎来了一个令人振奋的好消息！近日，一项新技术成功问世，它能把富含二氧化碳的气体转化为极具价值的化工原料，就像变废为宝，把废气变成了 “化工宝藏”！

一直以来，甲烷干重整技术（DRM）可以将二氧化碳和甲烷转化为合成气（一种由氢气和一氧化碳组成的宝贵混合物），这是大家都比较熟悉的方法。在传统操作中，二氧化碳和甲烷的进料比例通常接近 1。然而，未来的甲烷来源，比如富含二氧化碳的天然气，其中二氧化碳的含量比以往要高很多。要是按照老办法处理，为了达到合适的甲烷含量，就得花费高昂的成本进行分离。

中国科学院大连化学物理研究所的王光雄、肖建平、包信和教授带领研究团队，在《自然化学》杂志上发表了一项创新成果。他们研发出一种 “超级干重整” 技术，能直接利用富含二氧化碳的天然气制取合成气，而且二氧化碳和甲烷的比例等于或大于 2 也没问题。这种技术借助固体氧化物电解池（SOECs），通过高温串联电热催化，实现了这一神奇转化。

固体氧化物电解池在 600 - 850 摄氏度的高温下工作，能把二氧化碳和水转化为一氧化碳和氢气。它反应速度快、能源效率高、运行成本相对较低，在二氧化碳利用、制氢和可再生能源存储等方面潜力巨大。研究人员发现，固体氧化物电解池的工作温度和甲烷干重整技术相匹配，于是设计了一套巧妙的流程，把甲烷干重整、逆水煤气变换反应和水电解整合到电解池的阴极。

在这个电化学系统里，有一系列神奇的反应发生。水的副产物在原位发生电化学还原，产生氢气和氧离子，氧离子穿过电解质，在阳极被电化学氧化成氧气。这个过程推动了逆水煤气变换反应的平衡正向移动，让二氧化碳的转化率和氢气的选择性突破了传统热力学的限制。

研究人员还通过原位析出的方法，在二氧化铈载体上生成了铑纳米颗粒，创造出高密度的活性位点。当二氧化碳和甲烷比例为 4 时，这套系统的甲烷转化率达到 94.5%，二氧化碳转化率达到 95.0%，生成一氧化碳和氢气的选择性几乎是 100%，甲烷的表观还原度达到理论最大值 4.0。

进一步研究发现，铑的活性位点主要负责甲烷的分解，而富含氧空位的活性界面则促进二氧化碳的吸附、活化以及逆水煤气变换反应，同时还能催化水电解的还原反应，进一步提高了二氧化碳转化率和氢气选择性。

王光雄教授表示：“这项研究为利用可再生能源直接转化富含二氧化碳的天然气和工业尾气开辟了新途径。”

这项新技术不仅为化工产业提供了更高效、更环保的生产方式，还有望在全球碳减排和资源循环利用领域发挥重要作用。大家觉得这项技术未来还能应用在哪些方面？在推广过程中可能会面临哪些挑战呢？快来评论区分享你的观点，一起讨论吧！

参考资料：
DOI:10.1038/s41557-025-01768-1