石河子大学IECR论文：一种用于CO氧化和CO₂化学吸附的双功能材料

碳氧化物（CO/CO₂）的分离、捕获和催化转化已经成为环境与能源的焦点，在制氢工业等领域具有潜在的应用。碱金属与碱土金属氧化物作为CO₂捕获材料受到了广泛的关注，例如，氧化钙（CaO）、硅酸锂（Li₄SiO₄和Li₈SiO₆）和碱性锆酸盐（Li₂ZrO₃和 Na₂ZrO₃）等通常用作高温CO₂化学吸附剂。近年来，铜酸锂（Li₂CuO₂）、锂/钠铁氧体（Li₅FeO₄，LiFeO₂和NaFeO₂）等作为CO氧化剂和CO₂化学吸附剂的双功能材料得到了广泛的研究。

近日，石河子大学绿色催化与过程工程研究团队（Green Catalysis and Process Engineering Research Group, GCPE）与墨西哥国立自治大学Heriberto Pfeiffer教授课题组合作，设计了一种用于CO氧化和CO₂化学吸附的双功能材料Li₆CoO₄。Li₆CoO₄在CO氧化和碳化过程中产生LiCoO₂作为中间产物，相同的物理化学条件下，Li₆CoO₄ CO₂化学吸附能力明显优于LiCoO₂，同时对CO氧化表现出了优异的催化行为，如图1和图2所示。Li₆CoO₄在有氧和无氧条件下其反应机理如下：

Li₆CoO₄ + 3 CO + 3/2 O₂ ⟶ 3 Li₂CO₃ + CoO;

Li₆CoO₄ + CO + 1/3 O₂ ⟶ Li₂CO₃ + 1/3 Co + 2/3 Li₆CoO₄；

Li₆CoO₄+ CO ⟶ 3 Li₂O + Co⁰ + CO₂；

Li₂O + 2CO₂ ⟶ Li₂CO₃+C；

图1. 在CO-O₂和CO下Li₆CoO₄和LiCoO₂动态热重分析

图

图2.在CO-O₂下Li₆CoO₄和LiCoO₂作为催化剂和化学吸附剂动态分析

相关成果以 “New Catalytic and Sorption Bifunctional Li₆CoO₄ Material for Carbon Monoxide Oxidation and Subsequent Chemisorption”为题在《Industrial & Engineering Chemistry Research》发表，第一作者为石河子大学与墨西哥国立自治大学联合培养硕士研究生万荫基，通讯作者于锋教授和Heriberto Pfeiffer教授。

石河子大学绿色催化与过程工程研究团队（Green Catalysis and Process Engineering Research Group, GCPE）立足新疆能源开发、环境治理和工业发展过程中的催化问题，紧紧围绕一带一路发展战略、兵团向南发展战略， 解决新疆地方特色、区域经济发展的需求，致力于发展以下工业催化关键技术，例如，地区特色明显的乙炔化工、精细化工等煤化工领域；煤化工等工业发展过程中的二氧化碳的利用转化、氮氧化物的去除等。目前已经形成了乙炔化工、精细化工、环境催化和能源催化等工业催化关键技术，促进了新疆地区的可持续发展和生态文明建设。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.iecr.0c01