胡军/龚学庆Nature子刊：Ni-CaO催化剂上CO2捕获与原位转化协同作用

集成式CO₂捕获和转化（iCCC）技术是一种有希望且低成本的碳中和方法，但对于吸附和原位催化反应之间的协同作用缺乏共识，阻碍了其发展。

基于此，华东理工大学胡军教授和龚学庆教授（共同通讯作者）等人报道了通过构建连续的高温钙循环法和甲烷干重整（CaL@DRM）过程，说明了CO₂捕获和原位转化之间的协同促进作用。

具体而言，通过平衡多孔CaO上Ni纳米颗粒的负载密度和尺寸来控制的吸附/催化界面，在650 ℃时CO₂和CH₄的超高转化率分别为96.5%和96.0%起着至关重要的作用。

通过DFT计算发现，单个CO₂更倾向于吸附在CaO表面，形成1个C-O（CaO）键和2个（CO₂）O-Ca键，即形成碳酸盐类吸附物种（*CO₂）。计算得到的吸附能（E_ads）为1.21 eV，略强于Ni₄簇上的CO₂（E_ads=1.19 eV）。

计算得到的CO₂在Ni₄簇周围CaO(100)不同位置上的吸附能都非常接近，说明吸附的CO₂在CaO(100)表面的迁移率适中。

作者首先计算了*CH₄→*CH₃ + *H→*CH₂ + *H→*CH + *H→*C + *H在Ni₄-CaO(100) Ni位点上每一步CH₄脱氢路径的能垒，分别为0.32 eV、1.21 eV、1.62 eV和2.61 eV。生成的*H既可以结合生成H₂，也可以参与CO₂转化。

根据计算,从Ni位点*H溢出到附近*CO₂形成*COOH，能量势垒为2.44 eV和所形成的*COOH可以进一步解离成*CO + *OH，具有0.36 eV的小能量势垒，整个过程放热0.89 eV。*H也可与*CO₂反应形成*HCOO物种，需要克服3.40 eV解离成*HCO + *O，*CO₂直接转化为*CO + *Ni₄-CaO(100)上的O物种非常困难。结果表明，CaL@DRM途径在Ni₄-CaO(100)表面上具有协同作用。

Synergistic promotions between CO₂ capture and in-situ conversion on Ni-CaO composite catalyst. Nat. Commun., 2023, DOI: 10.1038/s41467-023-36646-2.

https://doi.org/10.1038/s41467-023-36646-2.