科學研究：新型催化劑將二氧化碳轉(zhuǎn)化為實用燃料和化學品


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隨著大氣中二氧化碳含量的不斷攀升，科學家們正在尋找分解CO2分子的新方法，以制造有用的碳基燃料，化學藥品及其他產(chǎn)品。如今，布朗大學的一個研究人員小組找到了一種方法，通過對銅催化劑進行微調(diào)，高效利用CO2生產(chǎn)出復(fù)雜的碳氫化合物（稱為C2-plus產(chǎn)品）。
在《自然通訊》上發(fā)表的一項研究中，研究人員報告了一種催化劑，該催化劑可以生產(chǎn)高達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)化為化學反應(yīng)產(chǎn)物的指標）。研究人員表示，這遠遠好于已報道的其他催化劑對C2-plus反應(yīng)效率。而且制備過程可以容易地擴大到工業(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。
布朗大學的工程學教授Tayhas Palmore（與其博士研究生Taehee Kim共同撰寫了這篇文章）說：“ 文獻中報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應(yīng)了不同的制備效率。Taehee所做的一系列的實驗是來闡明這些處理步驟在反應(yīng)性方面對催化劑的實際作用，這為優(yōu)化這些多碳化合物的催化劑指明了道路?！?br> Palmore說，近年來在開發(fā)可以制造單碳分子的銅催化劑方面取得了很大進展。例如，Palmore和她在布朗大學的研究小組最近開發(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用品。但是人們對能生產(chǎn)C2-plus 產(chǎn)品的反應(yīng)越來越感興趣。
Palmore說：“最終，每個人都試圖增加產(chǎn)品中的碳含量，以達到生產(chǎn)高碳燃料和化學品的目的?！?br>

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先前的研究表明，銅的鹵化反應(yīng)（在有電勢的情況下，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C2-plus產(chǎn)物的選擇性。Kim試驗了各種不同的鹵化方法，重點研究了哪些鹵素元素和哪些電勢能在CO2-to-C2-plus反應(yīng)中實現(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，遠遠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)模回收 CO2。其理念是將工業(yè)設(shè)施如發(fā)電廠、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，而且價格低廉，適合工業(yè)化生產(chǎn)。研究人員說，這種新型催化劑是一種很有前景的候選品。


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“我們在實驗中使用的是實驗室規(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。
撰文：Kevin Stacey
翻譯：曾欣欣
審校：董子晨曦
引進來源：布朗大學
引進鏈接：https://phys.org/news/2020-08-catalyst-efficiently-carbon-dioxide-fuels.html


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