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本研究报道了一种在温和条件（ 65℃ ）下高效机械化学 CO ₂ 捕集与转化方法。采用商用氧化锆（ ZrO ₂ ）和镍催化剂时，其机械化学 CO ₂ 捕集能力达到传统热化学过程的 75 倍。 CO ₂ 转化率接近定量水平（ 99.2% ），甲烷选择性高达 98.8% 。研究发现，动态机械作用在 ZrO ₂ 表面持续诱导产生的大量氧空位是实现高效 CO ₂ 捕集的关键机制，并由此促成后续自发的甲烷化反应。

图 1| 机械化学 CO ₂ 甲烷化反应的一步法、两步法及改进两步法工艺示意图

要点：

1. 与传统热催化、光催化和电催化 CO ₂ 甲烷化不同，本研究中的 CO ₂ -CH ₄ 转化由机械化学驱动，即通过球磨介质对催化剂的动态机械作用（碰撞、摩擦、冲击、磨损、粉碎、断裂等）实现。本文采用三种不同方案实现了间歇式机械化学 CO ₂ 甲烷化：一步法、两步法和改进两步法（图 1 ）。

图 2| 机械化学 CO ₂ 甲烷化反应活性对比

要点：

1. 本文首先评估一步法的甲烷化活性（图 2a ）。如图 2a 所示，随着微量副产物 C ₂ H ₆ 的生成， CO ₂ 和 H ₂ 逐渐被消耗转化为 CH ₄ ，其中 CO ₂ 消耗速率高于 H ₂ ，表明该间歇式机械化学 CO ₂ 甲烷化是分步进行的连续过程，包含 CO ₂ 捕集和后续加氢两个阶段。传统热化学催化虽在热力学上利于低温 CO ₂ 甲烷化，但实际需要 300-500℃ 高温来克服动力学能垒。这种高温环境会显著降低 CH ₄ 产物选择性和催化剂耐久性。本工作中，机械化学可在温和条件下高效活化 CO ₂ ，实现接近定量的 CO ₂ 转化率（图 2a ），同时保持优异的 CH ₄ 选择性和低温催化剂稳定性。通过热力学与动力学的协同作用，机械化学可生产高品质绿色甲烷以满足净零排放目标。

2. 相较于两步法，改进两步法更适用于 CO ₂ 捕集与转化步骤的动力学研究。在 CO ₂ 捕集阶段，吸附 CO ₂ 量与转速（动能）的关系呈火山型曲线（图 2c ）。这是因为转速提升虽能通过增强动能驱动 CO ₂ 捕集，但摩擦导致的过量热量会因其放热特性抑制 CO ₂ 吸附。在 CO ₂ 转化阶段，提高转速显著促进了

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