近期，物理学院光驱动碳中和研究团队在自运行光热CO2甲烷化领域取得重要进展，相关工作“Persistent photothermal CO2 methanation without external energy input”以河北大学为第一单位发表在《Energy & Environmental Science》（IF=32.4, 2024）。硕士研究生杜凯、国佳琪、宋晨曦、刘鑫为论文共同第一作者，李亚光研究员、叶金花教授和河北农业大学袁大超副教授为共同通讯作者。
光热CO2甲烷化在实现碳中和与太空探索中扮演着关键角色，但光热催化不能在黑暗条件下自主运行，这限制了光热催化的工业应用。在本研究中，我们通过新型催化剂和光热系统的耦合实现了能够昼夜持续运行的光热CO2甲烷化。首先我们合成了NiO和CeO2的二维固溶体（2D Ni1Ce1O3），具有优秀的低温CO2甲烷化性能。其在200°C和300°C下的CH4生成速率分别达到80±4 mmol g-1 h-1和2125±43 mmol g-1 h-1，CH4选择性高达99.58±0.12%。2D Ni1Ce1O3结合我们自制的TiC/Cu基光热器件，该系统在弱光辐照条件下展现出2901 mmol g-1 h-1的光热CO2甲烷化速率。即使在完全黑暗的条件下，其CO2甲烷化速率仍可达到~830 mmol g-1 h-1，这是由于CO2甲烷化的反应热完全能够维持反应温度。放大的室外示范实现了连续五天的连续运行，其总产量达到898立方米，并额外获得了10吨热水，充分展示了自运行光热CO2甲烷化的工业化潜力。
该研究工作得到了国家自然科学基金、河北省自然科学基金、河北省教育厅、河北大学多学科交叉项目、河北大学生命科学与绿色发展研究院的经费资助以及河北大学物理科学与技术学院公共测试中心的大力支持。
文献链接：https://doi.org/10.1039/D4EE04849K
