新型催化剂将二氧化碳转化为实用燃料和化学品

点蓝色字关注“科普怀化”

来源：环球科学

图片来源，Pixabay

随着大气中二氧化碳含量的不断攀升，科学家们正在寻找分解CO2分子的新方法，以制造有用的碳基燃料，化学药品及其他产品。如今，布朗大学的一个研究人员小组找到了一种方法，通过对铜催化剂进行微调，高效利用CO2生产出复杂的碳氢化合物（称为C2-plus产品）。

在《自然通讯》上发表的一项研究中，研究人员报告了一种催化剂，该催化剂可以生产高达72％法拉第效率的C2-plus化合物（法拉第效率是一种衡量电能如何有效地将二氧化碳转化为化学反应产物的指标）。研究人员表示，这远远好于已报道的其他催化剂对C2-plus反应效率。而且制备过程可以容易地扩大到工业水平，这使得这种新型催化剂有望用于大规模的二氧化碳回收工作。

布朗大学的工程学教授Tayhas Palmore（与其博士研究生Taehee Kim共同撰写了这篇文章）说：“ 文献中报道了使用不同铜处理方式制备C2-plus产品的手段，不同的处理方式也对应了不同的制备效率。Taehee所做的一系列的实验是来阐明这些处理步骤在反应性方面对催化剂的实际作用，这为优化这些多碳化合物的催化剂指明了道路。”

Palmore说，近年来在开发可以制造单碳分子的铜催化剂方面取得了很大进展。例如，Palmore和她在布朗大学的研究小组最近开发了一种泡沫铜催化剂，该催化剂可以有效地生产甲酸，这是一种重要的单碳化学用品。但是人们对能生产C2-plus 产品的反应越来越感兴趣。

Palmore说：“最终，每个人都试图增加产品中的碳含量，以达到生产高碳燃料和化学品的目的。”

图片来源：维基百科

先前的研究表明，铜的卤化反应（在有电势的情况下，在铜表面涂上氯原子、溴原子或碘原子的反应）可以增加催化剂对C2-plus产物的选择性。Kim试验了各种不同的卤化方法，重点研究了哪些卤素元素和哪些电势能在CO2-to-C2-plus反应中实现性能最好的催化剂。他发现，最佳的制备方法可以产生70.7%到72.6%的法拉第效率，远远高于其他任何铜催化剂。

该研究有助于揭示能使铜催化剂对C2-plus产品有益的属性。效率最高的制剂具有大量的表面缺陷（卤化表面的微小裂纹和缝隙），这对于碳-碳耦合反应至关重要。这些缺陷部位似乎是催化剂对乙烯的高选择性的关键，乙烯是可以聚合并用于制造塑料的C2-plus产品。

最终，这种催化剂将有助于大规模回收 CO2。其理念是将工业设施如发电厂、水泥生产或直接从空气中产生的CO2捕获，并将其转化为其他有用的碳化合物。这就需要一种高效的催化剂，这种催化剂易于生产和再生，而且价格低廉，适合工业化生产。研究人员说，这种新型催化剂是一种很有前景的候选品。

图片来源：维基百科

“我们在实验中使用的是实验室规模的催化剂，但使用这种方法几乎可以生产出适用于任何规模的催化剂，” Palmore说。

撰文：Kevin Stacey

翻译：曾欣欣

审校：董子晨曦

引进来源：布朗大学

引进链接：https://phys.org/news/2020-08-catalyst-efficiently-carbon-dioxide-fuels.html

▼