突破性科技！將高濃度二氧化碳天然氣轉化為「化學黃金」

科學家們開發出一項革命性的「超乾重整」技術，利用固態氧化物電解槽（SOECs）搭配銠-鈰催化劑，成功將富含二氧化碳的甲烷高效轉化為合成氣，不僅轉化率驚人，選擇性更接近100%。

傳統的甲烷乾重整（DRM）技術雖能將二氧化碳與甲烷轉化為合成氣（氫氣與一氧化碳的混合氣體），但原料比例要求嚴格，二氧化碳與甲烷需接近1:1。然而，未來開採的天然氣中二氧化碳含量可能大幅超標，現行技術需額外進行成本高昂的氣體分離程式。

中國科學院大連化學物理研究所的王國雄、肖建平與包信和教授團隊，在《自然化學》期刊發表突破性研究。他們開發的「超乾重整」技術，能在二氧化碳與甲烷比例達2:1甚至更高的條件下，直接將富含二氧化碳的天然氣轉化為合成氣。這項技術結合高溫串聯電熱催化與固態氧化物電解槽，操作溫度介於600至850°C之間。

這類電解槽不僅能將二氧化碳與水轉化為一氧化碳和氫氣，更具備反應速率快、能源效率高、操作成本低等優勢，在二氧化碳利用、氫氣生產與再生能源儲存領域極具潛力。

研究團隊巧妙整合三項關鍵程式：甲烷乾重整、逆水煤氣變換反應與水電解，並在電解槽陰極進行原位電化學還原反應。過程中產生的氧離子穿過電解質，在陽極氧化生成氧氣，推動整個系統突破傳統熱力學限制，大幅提升二氧化碳轉化率與氫氣選擇性。

更令人驚豔的是，團隊開發出新型銠奈米粒子-氧化鈰催化劑，當二氧化碳與甲烷比例達4:1時，甲烷轉化率高達94.5%，二氧化碳轉化率達95.0%，對一氧化碳與氫氣的選擇性接近100%，甲烷還原效率更達到理論最大值4.0。

機理研究顯示，銠活性位點主要負責甲烷裂解，而富含氧空缺的鈰-銠介面則促進二氧化碳吸附、活化與逆水煤氣變換反應。這個特殊介面同時催化水電解還原反應，雙管齊下提升整體效能。

「這項研究為直接利用高二氧化碳含量天然氣與工業尾氣開闢了新途徑，」王國雄教授強調，「結合再生能源，這項技術將成為永續能源解決方案的重要拼圖。」