納米尖峰催化劑將二氧化碳直接轉化為乙醇

材料牛注：二氧化碳的過量排放造成了嚴重的溫室效應，近日科學家們突破性地發現了將二元化碳逆轉化為乙醇的過程，有望成為治理溫室效應的救星。

廢物燃料技術迎來了一個新的轉折點。橡樹嶺國家實驗室（ORNL）能源部的科學家開發了一個電化學過程，使用碳和銅的微小尖峰將溫室氣體二氧化碳變成乙醇。他們的發現涉及納米制造和催化科學，發現過程純屬偶然。

“我們偶然發現這種材料可行，”ORNL的Adam Rondinone說，他是該團隊發表在Chemistry Select上的研究的主要作者。“我們正試圖研究之前所提出的反應的第一步時，偶然意識到催化劑本身正在進行整個反應時。

該團隊使用由碳、銅和氮制成的催化劑并施加電壓以引發從根本上逆轉燃燒過程的復雜化學反應。在基于納米技術的含有多個反應位點的催化劑的幫助下，溶解在水中的二氧化碳溶液可轉化為乙醇，產率為63％。通常，這種類型的電化學反應會有少量幾種不同的雜質。

Rondinone說：“我們正在利用二氧化碳，這種燃燒的廢物。我們正在推動這種燃燒反應反向進行，并且能在很高的產率下生成有用的燃料。“乙醇是一個驚喜，因為用單一的催化劑從二氧化碳直接合成乙醇是非常困難的。”

催化劑的新穎性在于其納米級結構，由嵌入碳尖峰中的銅納米顆粒組成。這種納米紋理化方法避免了使用昂貴或稀有的金屬（例如鉑），這樣的原因限制了許多催化劑的經濟可行性。

Rondinone說：“通過使用常見的材料，結合納米技術，我們想出了限制副反應的方法，最終得到我們想要的結果。

研究人員的初步分析表明，催化劑的尖銳紋理表面提供了充足的反應位點以促進二氧化碳到乙醇的轉化。

“他們就像50納米的避雷針，在尖峰的尖端集中電化學反應。”Rondinone說。

由于該技術依賴于低成本材料，并具有室溫下在水中操作的能力，研究人員認為該方法可以擴大用于工業的相關應用。例如，該過程可以用于存儲從諸如風力和太陽能可變電源產生的過量電力。

“利用二氧化碳可以制造和存儲為乙醇的特性，這樣的過程可將過量的電力轉化為化學能儲存起來。”Rondinone說。 “這有助于平衡由可再生能源提供的間歇式電網。

研究人員計劃改進他們的方法以提高總體生產速率并進一步研究催化劑的性質和行為。

原文鏈接：Nano-spike catalysts convert carbon dioxide directly into ethanol

文獻鏈接：High-Selectivity Electrochemical Conversion of CO2 to Ethanol using a Copper Nanoparticle / N-Doped Graphene Electrode

本文由編輯部楊超提供素材，時冰遙編譯，點我加入材料人編輯部