河南大学程纲团队常温常压机械能驱动摩擦电等离子体分解CO2

　　近期，河南大学程纲教授课题组的研究成果TriboelectricplasmadecompositionofCO2atroomtemperaturedrivenbymechanicalenergy在国际著名刊物NanoEnergy（IF17。881，JCR一区）上发表。
　　气体，尤其是二氧化碳（CO2），在世界范围内造成了日益严重的环境危机。作为解决这个危机的重要途径之一，分解或转化CO2为高附加值的化学品引起了人们的广泛关注。目前，直接热分解CO2产生CO仍是CO2转化的主流方法。由于CO2具有很强的热力学稳定性，必须在2000K以上的高温下才能实现有效的热分解。热分解成本较高，且高温加热所消耗的能源大多来自化石燃料，往往造成更多的CO2排放。因此，直接利用可再生能源将CO2高效转化为化工原料或燃料是实现CO2绿色、可持续回收的理想策略。
　　机械能是一种绿色的、廉价的可再生能源，在自然界中广泛存在。它有许多形式，包括风、潮汐、水力和海浪等。摩擦电纳米发电机（TENG）能够有效的收集周围的环境中各种形式的机械能，并将其转化为电能。TENG具有高压输出的特点，可以直接击穿气体，并产生等离子体。等离子体中的高能电子能与化学分子相互作用，形成高活性物种或直接破坏化学键。因此，等离子体在分解CO2、N2等高稳定性分子方面具有突出的技术优势。然而，传统的等离子体技术需要复杂的等离子体发生器和电气控制系统。更重要的是，它不能直接由可再生能源驱动。TENG驱动的等离子体，被称为摩擦电等离子体，由自然界广泛分布且未有效利用的可再生机械能直接驱动。其是一种低成本、高效、简单的等离子体产生系统。因此，利用可再生的机械能，通过摩擦电等离子体分解CO2分子是非常具有前景的途径。
　　本研究设计了针板放电结构的摩擦电等离子体，在常温常压条件下，实现CO2分解为CO，该反应的选择性达100。电子顺磁共振（EPR）谱表明，在摩擦电等离子体CO2分解过程中产生了高活性CO2阴离子。CO2阴离子分解势垒比中性CO2分子分解势垒低了3。7eV，有效的提高CO2的分解活性和能量转化效率。进一步通过调节针板间距和放电极性可以降低摩擦电等离子体中电子的平均能量，有利于高活性CO2阴离子的产生。当针板间距d为1。5mm，负电晕中CO2分解为CO的速率为2。2molh1，电能到化学能的最高能量效率为5。2。在4。7ms1风的驱动下，摩擦电等离子体能显著分解CO2。这项工作为利用机械能将CO2转化为高附加值化学品提供了一种新颖、可持续和环境友好的策略。
　　博士研究生李素敏和张宝博士为论文的共同第一作者，程纲教授和杜祖亮教授是本文的共同通讯作者。本工作得到国家自然科学基金委、河南省科技厅、中国博士后科学基金会和河南大学的经费支持。
　　来源：河南大学
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　　https：www。sciencedirect。comsciencearticlepiiS2211285521005425