近期，物理學院光驅動碳中和研究團隊在自運行光熱CO2甲烷化領域取得重要進展，相關工作“Persistent photothermal CO2 methanation without external energy input”以河北大學為第一單位發表在《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業大學袁大超副教授為共同通訊作者。

光熱CO2甲烷化在實現碳中和與太空探索中扮演著關鍵角色，但光熱催化不能在黑暗條件下自主運行，這限制了光熱催化的工業應用。在本研究中，我們通過新型催化劑和光熱系統的耦合實現了能夠晝夜持續運行的光熱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生成速率分別達到80±4 mmol g-1 h-1和2125±43 mmol g-1 h-1，CH4選擇性高達99.58±0.12%。2D Ni1Ce1O3結合我們自制的TiC/Cu基光熱器件，該系統在弱光輻照條件下展現出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甲烷化速率仍可達到~830 mmol g-1 h-1，這是由于CO2甲烷化的反應熱完全能夠維持反應溫度。放大的室外示范實現了連續五天的連續運行，其總產量達到898立方米，并額外獲得了10噸熱水，充分展示了自運行光熱CO2甲烷化的工業化潛力。

該研究工作得到了國家自然科學基金、河北省自然科學基金、河北省教育廳、河北大學多學科交叉項目、河北大學生命科學與綠色發展研究院的經費資助以及河北大學物理科學與技術學院公共測試中心的大力支持。

文獻鏈接：https://doi.org/10.1039/D4EE04849K

（物理科學與技術學院、科學與技術創新研究院供稿）