科學(xué)研究：新型催化劑將二氧化碳轉(zhuǎn)化為實(shí)用燃料和化學(xué)品


圖片來(lái)源，Pixabay
隨著大氣中二氧化碳含量的不斷攀升，科學(xué)家們正在尋找分解CO2分子的新方法，以制造有用的碳基燃料，化學(xué)藥品及其他產(chǎn)品。如今，布朗大學(xué)的一個(gè)研究人員小組找到了一種方法，通過(guò)對(duì)銅催化劑進(jìn)行微調(diào)，高效利用CO2生產(chǎn)出復(fù)雜的碳?xì)浠衔铮ǚQ(chēng)為C2-plus產(chǎn)品）。
在《自然通訊》上發(fā)表的一項(xiàng)研究中，研究人員報(bào)告了一種催化劑，該催化劑可以生產(chǎn)高達(dá)72％法拉第效率的C2-plus化合物（法拉第效率是一種衡量電能如何有效地將二氧化碳轉(zhuǎn)化為化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物的指標(biāo)）。研究人員表示，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于已報(bào)道的其他催化劑對(duì)C2-plus反應(yīng)效率。而且制備過(guò)程可以容易地?cái)U(kuò)大到工業(yè)水平，這使得這種新型催化劑有望用于大規(guī)模的二氧化碳回收工作。
布朗大學(xué)的工程學(xué)教授Tayhas Palmore（與其博士研究生Taehee Kim共同撰寫(xiě)了這篇文章）說(shuō)：“ 文獻(xiàn)中報(bào)道了使用不同銅處理方式制備C2-plus產(chǎn)品的手段，不同的處理方式也對(duì)應(yīng)了不同的制備效率。Taehee所做的一系列的實(shí)驗(yàn)是來(lái)闡明這些處理步驟在反應(yīng)性方面對(duì)催化劑的實(shí)際作用，這為優(yōu)化這些多碳化合物的催化劑指明了道路。”
Palmore說(shuō)，近年來(lái)在開(kāi)發(fā)可以制造單碳分子的銅催化劑方面取得了很大進(jìn)展。例如，Palmore和她在布朗大學(xué)的研究小組最近開(kāi)發(fā)了一種泡沫銅催化劑，該催化劑可以有效地生產(chǎn)甲酸，這是一種重要的單碳化學(xué)用品。但是人們對(duì)能生產(chǎn)C2-plus 產(chǎn)品的反應(yīng)越來(lái)越感興趣。
Palmore說(shuō)：“最終，每個(gè)人都試圖增加產(chǎn)品中的碳含量，以達(dá)到生產(chǎn)高碳燃料和化學(xué)品的目的。”


圖片來(lái)源：維基百科
先前的研究表明，銅的鹵化反應(yīng)（在有電勢(shì)的情況下，在銅表面涂上氯原子、溴原子或碘原子的反應(yīng)）可以增加催化劑對(duì)C2-plus產(chǎn)物的選擇性。Kim試驗(yàn)了各種不同的鹵化方法，重點(diǎn)研究了哪些鹵素元素和哪些電勢(shì)能在CO2-to-C2-plus反應(yīng)中實(shí)現(xiàn)性能最好的催化劑。他發(fā)現(xiàn)，最佳的制備方法可以產(chǎn)生70.7%到72.6%的法拉第效率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他任何銅催化劑。
該研究有助于揭示能使銅催化劑對(duì)C2-plus產(chǎn)品有益的屬性。效率最高的制劑具有大量的表面缺陷（鹵化表面的微小裂紋和縫隙），這對(duì)于碳-碳耦合反應(yīng)至關(guān)重要。這些缺陷部位似乎是催化劑對(duì)乙烯的高選擇性的關(guān)鍵，乙烯是可以聚合并用于制造塑料的C2-plus產(chǎn)品。
最終，這種催化劑將有助于大規(guī)?；厥?CO2。其理念是將工業(yè)設(shè)施如發(fā)電廠(chǎng)、水泥生產(chǎn)或直接從空氣中產(chǎn)生的CO2捕獲，并將其轉(zhuǎn)化為其他有用的碳化合物。這就需要一種高效的催化劑，這種催化劑易于生產(chǎn)和再生，而且價(jià)格低廉，適合工業(yè)化生產(chǎn)。研究人員說(shuō)，這種新型催化劑是一種很有前景的候選品。


圖片來(lái)源：維基百科
“我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中使用的是實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的催化劑，但使用這種方法幾乎可以生產(chǎn)出適用于任何規(guī)模的催化劑，” Palmore說(shuō)。
撰文：Kevin Stacey
翻譯：曾欣欣
審校：董子晨曦
引進(jìn)來(lái)源：布朗大學(xué)
引進(jìn)鏈接：https://phys.org/news/2020-08-catalyst-efficiently-carbon-dioxide-fuels.html


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