二氧化碳2)是我们大气中含量丰富的气体，如果不加以控制，它会对环境造成进一步的危害. 减少CO的含量2 在减轻一氧化碳增加的负面影响方面，从烟道等来源释放的二氧化碳将是非常有利的2 水平. 不幸的是,r可再生能源，如太阳能 或风 不能像煤一样缩放 满足不同的能源需求. 当需要更多的能源时，不可避免地会燃烧更多的煤. 然而，可再生能源过剩 可以用来将二氧化碳转化为其他化学物质， 创建 一种安全高效的储能机制. 这导致在生产有用产品的同时，更少的碳逃逸到大气中. 甲烷(CH4) 能否与现有的自然能源网络协同，然后在需要的时候储存和燃烧. 因此，研究人员正在寻找改进CO转化过程的方法2 对CH4 让它更有效率.
降低CO的经济有效的方法之一2 是在其源头进行转化，而不是从大气中捕获. 二氧化碳生成甲烷的加氢反应, 二氧化碳和氢在哪里反应生成甲烷和水, 是有前途的. 同时，这个反应需要大量的能量, 通常以热或光的形式发生. 然而，催化剂可以提高它们的效率，从而提高CO的转化率2.
许多金属催化剂在改善反应方面都取得了不同程度的成功. 镍是一种廉价而有效的催化剂，其转化率可与其他性能最好的催化剂相媲美. 催化剂与碱配对时的性能也要好得多, 这有助于分散催化剂的活性位点并使其稳定, 让他们表现得更好，尤其是在长时间内.
刚刚过去的这个夏天, 我通过研究经验和学徒计划(REAP)进行研究，合成和测试不同浓度磷钨酸(H3PW12O40, 简称HPA). 杂多酸具有许多能分散镍催化剂的氧原子, 哪个能产生更多的活跃站点, 产生更多的一氧化碳2 被转换的. 我们还选择了二氧化钛(TiO)2)，一种具有高表面积的无机粉末作为基底. 它支持镍原子，从而提高催化剂的稳定性和性能. 镍和二氧化钛的结合已经被研究过了, 但我们假设，加入杂多酸可以进一步增加活性位点，提高二氧化碳到甲烷的转化.
催化剂的合成
在2023年夏天，我合成了几种不同杂多酸百分比的催化剂. 具体来说，我采用溶胶-凝胶法合成了HPA-TiO2 支持, 将钛(IV)异丙醇和磷钨酸水合物加入到2-丙醇溶液中. 这种方法的好处是能很好地混合各成分, 从而在整个催化剂中产生更多的活性位点. 然后在最后煅烧HPA-TiO之前加入镍2 支持. 煅烧是必要的，因为加热可以去除杂质. 这是一个长达一周的合成过程, 许多的步骤, 如煅烧和烘干, 花时间. 我制备了杂多酸重量百分比分别为3%、10%和15%的催化剂.
对这些催化剂进行了CO测试2 转换. 在一个典型的手术中, 我把催化剂和石英砂混合在一起, 然后把它放在石英管中的石英羊毛床的顶部. 当反应物流流经催化剂时，石英砂和羊毛有助于防止催化剂移动. 我把管子连接到一个自制的反应堆上, 这是由一个温度设定炉和气体歧管系统组成的. 催化剂在活性试验前用稀释的氢气流进行预处理. 我在不同的反应温度下进行了不同时间间隔的活性测试.
我使用气相色谱仪(GC)收集计算CO所需的原始数据2 转换. 气相色谱记录了CO的含量2甲烷和其他在不同温度下存在的产物. 我通过对曲线积分确定了气体的总浓度. 我在没有催化剂和热源的情况下做了基线测试, 因此，在催化剂存在的情况下，可以在不同温度下测量变化的百分比，并在不同的催化剂之间进行比较.
初步研究结果
图1:一氧化碳2 Ni-3HPA-TiO的转换2 和Ni-15HPA-TiO2 不同反应温度下的催化剂.
我的初步结果表明，HPA含量越低，CO含量越高2 即使在较低温度下的转化率(图1). 杂多酸含量最高的催化剂，即使在较高的温度下，转化率也较低, 这意味着最初的结果表明更多的HPA会对转化率和性能产生负面影响. 由于二氧化碳含量低的气瓶问题，负载为10HPA的催化剂未包括在内, 在哪里发现了负转换.
我在成功合成催化剂方面遇到了挑战，需要解决这些问题. 负载15HPA的催化剂的水浓度导致不形成凝胶, 这就否定了溶胶-凝胶合成的潜在好处. 确保我的结果, 我计划在不同的还原温度下再次测试催化剂, 反应温度, 在不同的时期, 优化未来和当前含杂多酸催化剂的测试过程. 选择性也需要确定, 相对于转化过程中的其他产物，形成的期望产物(甲烷)的量是多少. 选择性结果将用于确认是否存在其他产品，如一氧化碳, 在这项研究中哪些是不受欢迎的.
本研究的意义
二氧化碳是气候变化的主要原因. 而股份有限公司2 转换目前受到高能量需求的阻碍, 催化具有降低能源成本的能力, 从而使这一过程在经济上更加可行.
我的研究意义重大，因为它希望克服的挑战范围很大. 在催化CO中2 甲烷化，有成千上万的变量和组合，每一个都值得测试. 每篇发表的论文往往会引发更多的问题. 虽然我自己的初步研究结果可能不足以应用, 它提供了对广泛的潜在改进的见解.
还有很多事情需要评估. 即使是对现有催化剂选择的微小改进，也可能在其他研究人员的基础上产生重大创新. 我期待着继续我在博士的研究. 彝族的实验室. 我会考虑镍、杂多酸和碱的不同比例. 虽然测试的组合可能没有产生显著的结果, 在对杂多酸的作用得出任何结论之前，还有几十种其他的物质需要测试.
首先，我要感谢. 感谢南易在我通过REAP项目参与研究时给予我的指导和热情支持. 没有他的知识和领导，我的研究努力是不可能的. 我也感谢其他实验室成员在需要的时候提供建议和帮助. 我也要感谢我的慷慨的捐助者. Dana Hamel，是她让我的REAP经历成为可能. 最后, thank you to the 哈默尔本科生研究中心 for awarding me the REAP award; with this research experience, 我获得了宝贵的技能和经验，这将继续推动我实现我的学术和行业目标.
作者和导师简介
他来自新罕布什尔州的巴林顿， 山姆·拉瓦 将于2026年春季从永利app新版本官网地址毕业，获得化学工程学士学位，辅修工商管理. 他参加了大学荣誉课程, AXΣ的成员, 化学兄弟会, 也是哈默尔本科研究中心的学生大使. 山姆一直对人类对环境的影响很感兴趣, 以及寻找清洁能源的新方法来形成长期解决方案. 他发现一个非常适合的研究经验和学徒计划(REAP)与博士. 彝族的实验室. 在研究过程中克服障碍使Sam感到自信，因为他在一个原始的研究问题上取得了进展. 他认为，研究的一个主要部分是与他人分享结果，以进行检查和改进, 所以他才会出版 调查，完成整个研究过程. 在未来, 山姆计划攻读研究生学位，并被可再生能源或减排工作所吸引.
南易 是永利app新版本官网地址化学工程和生物工程系的副教授. 他领导着一个催化研究小组，致力于实现用更可持续的路线取代石油衍生化学品和燃料生产的目标. 另外, 他的学生称赞他的教学方法, 将研究融入到他的课堂和STEM拓展活动中.
版权所有©Samuel 拉瓦
