近日，电工研究所邵涛研究团队在温室气体资源化利用领域获新进展，通过等离子体催化，一步转化CO2／CH4为高附加值醇类化学品。
在温室气体资源化利用中，热催化将CO2／CH4转化为酸类、醇类、酮类等液态产物比较困难，反应通常在700°C以上进行，需要两步制取，能耗巨大，且高温容易导致催化剂失活。等离子体催化可实现温和条件下CO2／CH4转化，一步制取液态产物。当前，等离子体催化CO2／CH4转化仍面临液态产物选择性较低，反应过程复杂，机制解耦困难等问题。
研究团队采用纳秒脉冲放电等离子体技术实现了CO2／CH4的精准活化，创新性设计了一种金属氧化物界面（CoOx／Al2O3）催化剂，可实现CO2／CH4的定向转化。通过等离子体参数优化与催化剂界面调控，研究发现等离子体与氧化物界面之间存在强协同效应，提升醇类化合物的选择性至37.2％。
团队采用自制的等离子体原位红外系统诊断反应关键中间体，结合表面密度泛函理论计算关键活性粒子吸附能，揭示了醇类化合物的产生机理。结果表明，脉冲放电等离子体活化CO₂／CH₄产生大量CO、OH和COH等活性粒子，氧化物界面加速了这些含氧自由基的界面吸附过程，促进了碳－碳耦合与加氢。
上述研究利用脉冲放电等离子体技术实现温和条件下一步转化CO2／CH4为醇类化学品，为温室气体资源化利用提供了有效解决方案，在清洁能源转化方面展现出巨大潜力。
相关研究成果发表在《应用催化B：环境与能源》（Applied Catalysis B： Environment and Energy）上。本研究的实验、模拟工作均在电工研究所完成，研究工作得到西安交通大学、武汉大学、英国利物浦大学以及国家自然科学基金的支持。
等离子体催化CO2/CH4 生成醇类示意图
等离子体原位红外解耦CO2/CH4 生成醇类路径