新发现 | 可在低温下将二氧化碳再循环为一氧化碳的新材料

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摘   要：研究小组发现一种新材料（铜和铟的结构化复合氧化物Cu-In₂O₃），该材料可以在500℃以下的温度下将二氧化碳再循环为一氧化碳，有望成为大幅削减二氧化碳排放量的技术。

关键字：新材料、Cu-In₂O_3、二氧化碳再循环、固体氧化物的氧化和还原、逆水煤气变换、化学循环

要点

◆ 发现了一种新材料（铜和铟的结构化复合氧化物Cu-In₂O₃），其可以在500℃以下的温度下还原二氧化碳，使其再循环为一氧化碳。

◆ Cu-In₂O₃即使在低温下，氧化物离子的移动速度也很快，通过结合氧化和还原，可以高效地再循环二氧化碳。

◆ 如果社会实施取得进展，新材料有望成为大幅削减二氧化碳排放量的技术。

由AIpatent认证专家库成员（欲知详情可联络[e-mail]）等人组成的研究小组发现了一种新材料，该材料可以在500℃以下的温度下将二氧化碳再循环为一氧化碳。

研究小组此次新发现的Cu-In₂O₃即使在低温下，也具有很快的氧化物离子移动速度，通过结合氧化和还原，可以高效地再循环二氧化碳。如果社会实施取得进展，新材料有望成为大幅削减二氧化碳排放量的技术。

1 研究背景

迄今为止，人类已经从地壳中挖出并消耗掉大量资源，而且在资源的使用过程中，释放出大量的二氧化碳。二氧化碳被认为是引起全球变暖的主要因素之一。今后，关于所排放的二氧化碳，期望能够通过使用可再生能源对其进行再回收利用。目前，已经探讨了许多关于二氧化碳再利用的方法，该研究小组探讨了一种新方法，即通过结合固体氧化物的氧化和还原，在更低的温度下将二氧化碳高效地再循环为一氧化碳，从而发现了本研究的新材料。

2 研究成果

研究小组使用新发现的Cu-In₂O₃，进行利用化学循环^※1的逆水煤气变换^※2后发现，在500℃以下的温度（参照图2）下，能够以10mmol/g/h的高速度高效再循环二氧化碳。各种分析表明，Cu-In₂O₃上的反应源自Cu-In₂O₃与Cu-In合金之间的氧化还原。另外可知，二氧化碳高反应速率的关键因素是合金中氧化物离子的高速运动。本发现将为低温下的二氧化碳高效再循环开辟新的道路。

图1：利用本材料和可再生能源实现的二氧化碳再循环

图2：本次发现的材料（左侧的蓝色部分）性能远远超越传统的已知材料（右侧的红色部分）。

图3：二氧化碳在中心状态与中心以上状态之间往复移动而被再循环。

3 研究方法

研究人员从数百种候选材料中，发现了一种名为Cu-In₂O₃的材料，该材料可以在相对较低的温度下高效地再循环二氧化碳。研究人员通过大型放射光设施^※3进行分析，并结合电子显微镜的结构分析和Python^※4的材料分析等，对该材料进行了评估。

4 研究意义

现在，为实现2050年二氧化碳净零排放目标的二氧化碳排放控制技术的实证和实用化备受期待。该研究小组此次发现的材料是一种可在较低的温度范围内利用可再生能源再循环二氧化碳的新技术，如果社会实施取得进展，新材料有望成为大幅削减二氧化碳排放量的技术。

5 今后的课题

该研究小组与合作研究公司ENEOS共同探讨了多次循环时的特性等，希望可以进一步提升新材料的性能。

6 研究者评述

迄今为止从未考虑过的铜和铟的组合氧化物表现出一种高性能，即通过氧化还原可以高效地再循环二氧化碳。今后，通过结合太阳能和电解氢等，可以选择性地、高效地再循环二氧化碳。

7 术语解释

※1 化学循环：

通过在某种氧化物的表面重复氧化反应和还原反应，化学反应分别独立进行。与容易分离生成物，且在混合后注入原料的情况相比，反应效率更高。

※2 逆水煤气变换：

二氧化碳再循环的方法之一。可以根据以下化学反应式，由二氧化碳和氢中生成可用于化学合成的一氧化碳。

CO₂+H₂→CO+H₂O

※3 大型放射光设施：

通过搭载氧化物样品并照射放射线，可以精确了解元素的状态。

※4 Python：

一种计算机编程语言。已经公开了很多程序库，其在大数据分析、机器学习和图像处理方面发挥优势。

翻译：李释云

审校：李涵、贾陆叶

统稿：李淑珊

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