近期，物理學(xué)院光驅(qū)動碳中和研究團(tuán)隊(duì)在自運(yùn)行光熱CO2甲烷化領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，相關(guān)工作“Persistent photothermal CO2 methanation without external energy input”以河北大學(xué)為第一單位發(fā)表在《Energy & Environmental Science》（IF=32.4, 2024）。碩士研究生杜凱、國佳琪、宋晨曦、劉鑫為論文共同第一作者，李亞光研究員、葉金花教授和河北農(nóng)業(yè)大學(xué)袁大超副教授為共同通訊作者。

光熱CO2甲烷化在實(shí)現(xiàn)碳中和與太空探索中扮演著關(guān)鍵角色，但光熱催化不能在黑暗條件下自主運(yùn)行，這限制了光熱催化的工業(yè)應(yīng)用。在本研究中，我們通過新型催化劑和光熱系統(tǒng)的耦合實(shí)現(xiàn)了能夠晝夜持續(xù)運(yùn)行的光熱CO2甲烷化。首先我們合成了NiO和CeO2的二維固溶體（2D Ni1Ce1O3），具有優(yōu)秀的低溫CO2甲烷化性能。其在200°C和300°C下的CH4生成速率分別達(dá)到80±4 mmol g-1 h-1和2125±43 mmol g-1 h-1，CH4選擇性高達(dá)99.58±0.12%。2D Ni1Ce1O3結(jié)合我們自制的TiC/Cu基光熱器件，該系統(tǒng)在弱光輻照條件下展現(xiàn)出2901 mmol g-1 h-1的光熱CO2甲烷化速率。即使在完全黑暗的條件下，其CO2甲烷化速率仍可達(dá)到~830 mmol g-1 h-1，這是由于CO2甲烷化的反應(yīng)熱完全能夠維持反應(yīng)溫度。放大的室外示范實(shí)現(xiàn)了連續(xù)五天的連續(xù)運(yùn)行，其總產(chǎn)量達(dá)到898立方米，并額外獲得了10噸熱水，充分展示了自運(yùn)行光熱CO2甲烷化的工業(yè)化潛力。

該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、河北省自然科學(xué)基金、河北省教育廳、河北大學(xué)多學(xué)科交叉項(xiàng)目、河北大學(xué)生命科學(xué)與綠色發(fā)展研究院的經(jīng)費(fèi)資助以及河北大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院公共測試中心的大力支持。

文獻(xiàn)鏈接：https://doi.org/10.1039/D4EE04849K

（物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院、科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院供稿）