我室天然气中有害气体电催化资源化利用研究取得进展

  我室李灿院士、宗旭研究员、马伟光博士等人发展电催化技术将天然气中二氧化碳(CO2)和硫化氢(H2S)资源化转化的研究取得进展,相关研究成果发表在《德国应用化学》上。

  天然气的主要成分为甲烷(CH
4),同时伴随产生CO2和H2S等酸性气体。这些气体通常是无用甚至有害的,对天然气的开采、运输、加工和使用造成困难。更为严重的是,一些天然气田因为高浓度CO2和H2S的存在,直接导致不能开发。将天然气中CO2和H2S气体资源化转化利用不但可以“变废为宝”,而且能够解决天然气开采和使用的问题,是兼具经济和环境双重效益的理想策略。长期以来,科研人员的主要精力聚焦在使用Claus技术将H2S催化燃烧为元素硫和水来消除H2S,但是将CO2和H2S同时资源化转化的方法鲜有报道。在本工作中,该团队提出并实现了一种光电驱动的将CO2和H2S协同转化为化学品的策略。该策略以廉价非贵金属为阴极催化剂(石墨烯包裹的氧化锌)还原CO2、以石墨烯为阳极催化剂氧化媒介体EDTA-Fe2+(用于氧化H2S),利用化学环反应将H2S氧化为单质硫磺和质子,质子和电子被用于CO2电化学还原生成CO,净结果是实现了计量化学反应协同转化(H2S + CO2→ CO + S + H2O)。本工作通过电化学策略实现了CO2和H2S协同转化,为天然气中有害气体(CO2和H2S)的净化和资源化利用提供了一条兼具经济和环境效益的绿色途径。

  为解决能源和环境问题,李灿团队致力于利用可再生能源资源化转化CO
2和H2S的研究。在CO2的转化研究中,最近发展了锌锆双金属固溶体氧化物系列催化剂(Sci Adv., ACS Catal.),选择性的将CO2分别转化为甲醇和低碳烯烃。在H2S研究中,曾采用光催化、光电及光伏-电催化方法(J. Catal., Angew. Chem. Int. Ed., Energy Environ. Sci., ACS Catal.)实现了H2S的多途径定向转化。其中,光催化分解H2S产氢的量子效率达到93%,是报道的纳米光催化剂在可见光下产氢量子效率的世界纪录。在这些基础之上,本研究将CO2和H2S同时转化,为解决天然气规模化开采、运输和应用提供了新的技术策略。


 

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