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Persistent photothermal CO2 methanation without external energy input
Energy & Environmental Science ( IF 32.4 ) Pub Date : 2024-12-03 , DOI: 10.1039/d4ee04849k Kai Du, Jiaqi Guo, Chenxi Song, Xin Liu, Mingjun Chen, Dachao Yuan, Runping Ye, Xingyuan San, Yaguang Li, Jinhua Ye
Energy & Environmental Science ( IF 32.4 ) Pub Date : 2024-12-03 , DOI: 10.1039/d4ee04849k Kai Du, Jiaqi Guo, Chenxi Song, Xin Liu, Mingjun Chen, Dachao Yuan, Runping Ye, Xingyuan San, Yaguang Li, Jinhua Ye
Photothermal CO2 methanation is crucial for carbon neutralization and long-term space exploration, but the reliance on sunlight irradiation limits its practical application. Herein, a fluorite two-dimensional solid solution of NiO and CeO2 (2D Ni1Ce1O3) is synthesized for low-temperature CO2 methanation, resulting in 80 ± 4 and 2125 ± 43 mmol g−1 h−1 of CH4 production rates at 200 and 300 °C respectively, with 99.58 ± 0.12% CH4 selectivity. This is attributed to 2D Ni1Ce1O3 strengthening the CO2 adsorption and changing the CO2 methanation paths. When we used a homemade TiC/Cu based device to absorb sunlight to heat the catalyst, 2D Ni1Ce1O3 showed a photothermal CO2 methanation rate of 2901 mmol g−1 h−1 under weak sunlight irradiation and more interestingly a robust CO2 methanation rate of ∼830 mmol h−1 in dark environments. Consequently, the outdoor demonstration could drive CO2 methanation for five continuous outdoor days and nights with a total CH4 yield of 898 m3 and 10 tons of boiled water, showing the industrial potential of photothermal CO2 methanation.
中文翻译:
无需外部能量输入的持续光热 CO2 甲烷化
光热 CO2 甲烷化对于碳中和和长期太空探索至关重要,但对阳光照射的依赖限制了其实际应用。在此,合成了 NiO 和 CeO2 (2D Ni1Ce1O3) 的萤石二维固溶体,用于低温 CO2 甲烷化,在 200 °C 和 300 °C 下分别产生 80 ± 4 和 2125 ± 43 mmol g-1 h-1 的 CH4 生产率,其中 99.58 ± 0.12% CH4选择性。这归因于 2D Ni1Ce1O3 加强了 CO2 吸附并改变了 CO2 甲烷化路径。当我们使用自制的 TiC/Cu 基装置吸收阳光以加热催化剂时,2D Ni1Ce1O3 在微弱的阳光照射下显示出 2901 mmol g-1 h-1 的光热 CO2 甲烷化速率,更有趣的是,∼830 mmol h-1 的稳健 CO2 甲烷化速率在黑暗环境中。因此,户外演示可以连续五个昼夜在户外驱动 CO2 甲烷化,CH4 总产率为 898 m3 和 10 吨开水,显示了光热 CO2 甲烷化的工业潜力。
更新日期:2024-12-03
中文翻译:
无需外部能量输入的持续光热 CO2 甲烷化
光热 CO2 甲烷化对于碳中和和长期太空探索至关重要,但对阳光照射的依赖限制了其实际应用。在此,合成了 NiO 和 CeO2 (2D Ni1Ce1O3) 的萤石二维固溶体,用于低温 CO2 甲烷化,在 200 °C 和 300 °C 下分别产生 80 ± 4 和 2125 ± 43 mmol g-1 h-1 的 CH4 生产率,其中 99.58 ± 0.12% CH4选择性。这归因于 2D Ni1Ce1O3 加强了 CO2 吸附并改变了 CO2 甲烷化路径。当我们使用自制的 TiC/Cu 基装置吸收阳光以加热催化剂时,2D Ni1Ce1O3 在微弱的阳光照射下显示出 2901 mmol g-1 h-1 的光热 CO2 甲烷化速率,更有趣的是,∼830 mmol h-1 的稳健 CO2 甲烷化速率在黑暗环境中。因此,户外演示可以连续五个昼夜在户外驱动 CO2 甲烷化,CH4 总产率为 898 m3 和 10 吨开水,显示了光热 CO2 甲烷化的工业潜力。