山东大学核科学与能源动力学院博士生张春晓发表CO2捕集转化及强化制氢最新研究成果

近日，核科学与能源动力学院、高效储能及氢能利用山东省工程研究中心博士研究生张春晓以第一作者在国际权威期刊ACS Catalysis（影响因子11.7）发表题为“Hollow sub-micro spherical Ni/Co-promoted CaO/Ca₁₂Al₁₄O₃₃ for H₂ production from sorption-enhanced water-gas-shift with in-situ CO₂ conversion via CH₄ reforming of CaCO₃”的研究论文。山东大学为该论文的第一完成单位和通讯作者单位，核科学与能源动力学院教授李英杰为该论文的唯一通讯作者，硕士研究生邓雨萌对于该论文作出重要贡献。核科学与能源动力学院教授韩奎华为该论文提供了重要支持和指导。

发展氢能、CO₂捕集与利用技术是实现“双碳”目标的重要途径。基于钙循环的水气变换制氢技术在制氢的同时捕集CO₂，应用前景广阔。天然钙基材料由于在循环过程中高温易烧结，导致捕集CO₂性能和吸收强化水气变换制氢性能急剧衰减；同时CO₂无法原位转化，富集的CO₂后处理流程长、能耗高。该论文提出在钙循环强化水气变换制氢中耦合CH₄-CaCO₃干重整，在吸收CO₂强化制氢同时实现CO₂原位转化制合成气，通过组分筛选和微观结构优化协同提高钙基材料吸收CO₂、强化水气变换制氢和CO₂原位转化性能。

该论文合成了中空亚微米球形Ni/Co修饰钙基复合材料用于该耦合工艺，通过宏观实验、微观表征和理论计算，揭示了该复合材料强化水气变换制氢耦合CO₂原位转化的反应机理。研究发现，Ni-Co双位点的协同作用提高了复合材料氧化还原能力和氧空位浓度，增强了吸收强化水气变换制氢和CO₂原位转化特性；同时提高了CO₂原位转化过程中对CH₄的活化能力，降低了反应能垒，并抑制了CH₄深度裂解脱氢副反应。在该钙基复合材料用于CO₂原位转化过程中，CaCO₃和CH₄转化通过*H辅助CO₃^2-转化和*OH辅助CH₄转化路径相互促进。循环过程中孔隙发达的中空亚微米球形结构保持稳定，暴露了更多吸收CO₂和催化活性位点。因此，中空亚微米球形Ni/Co修饰钙基复合材料同时获得高效稳定的吸收强化水气变换制氢和CO₂原位转化性能。