近日，河北农业大学机电工程学院袁大超团队与河北大学叶金花教授、李亚光研究员团队，中科院物理所罗艳红研究员团队合作，在国际顶级期刊《Nature Catalysis》（IF=42.8, 2024）发表了题为“High-Purity Carbon Monoxide Production via Photothermal Formic Acid Decomposition over Fluorite ZrO2”的研究论文，在高纯度一氧化碳（CO）制备领域取得重要成果。
超高纯度一氧化碳（CO，纯度达99.999%）是集成电路制造等行业不可或缺的特种气体。传统的高纯CO生产方法涉及从包含CO、H₂、CH₄等多种组分的混合气体中进行复杂而成本高昂的提纯过程，这不仅增加了生产成本，还因高度依赖进口技术而面临诸多挑战。为了解决这一“卡脖子”问题，一项新的研究提出了一种创新的“光热催化甲酸裂解”方法来制备高纯CO。
研究表明，甲酸（HCOOH）裂解可以产生CO，但同时也会生成H2作为副产品。为了得到高纯度的CO，关键在于减少H2的生成。为此，研究人员结合理论计算与实验，开发出一种基于萤石结构氧化锆（F-ZrO2）的新型催化剂。这种催化剂能有效阻止甲酸转化为H2的路径，同时促进其脱水反应（HCOOH → CO + H2O），从而实现无需依赖气体分离技术直接从甲酸中高效制备高纯CO的目标。
值得注意的是，甲酸脱水是一个吸热过程，通常需要消耗大量能量且可能造成环境污染。然而，通过将F-ZrO2催化剂与太阳能光热反应系统相结合，该研究在仅0.5倍标准太阳光照强度下就实现了每克催化剂每小时产生83毫米摩尔的高纯CO，光能至化学能转化效率高达12.3%。
在实际户外阳光条件下，该系统每天每平方米可产出超过1538升的高纯CO。这项技术不仅展示了巨大的工业化应用潜力，也为高纯气体的绿色生产开辟了新途径。
河北农业大学机电工程学院袁大超为论文共同第一作者，河北农业大学为第二单位，这是河北省高校首次在该期刊上发表研究成果。袁大超是河北农业大学青年才俊引进人才，一直致力于光热催化、生物质转化与利用方面研究。近5年，在Green Chemistry、Science China Chemistry、Applied Surface Science、Nature Communications、Nano Energy、Journal of Materials Chemistry A等高水平期刊发表论文20多篇，总影响因子超过210
