纳米尖峰催化剂将二氧化碳直接转化为乙醇

材料牛注：二氧化碳的过量排放造成了严重的温室效应，近日科学家们突破性地发现了将二元化碳逆转化为乙醇的过程，有望成为治理温室效应的救星。

废物燃料技术迎来了一个新的转折点。橡树岭国家实验室（ORNL）能源部的科学家开发了一个电化学过程，使用碳和铜的微小尖峰将温室气体二氧化碳变成乙醇。他们的发现涉及纳米制造和催化科学，发现过程纯属偶然。

“我们偶然发现这种材料可行，”ORNL的Adam Rondinone说，他是该团队发表在Chemistry Select上的研究的主要作者。“我们正试图研究之前所提出的反应的第一步时，偶然意识到催化剂本身正在进行整个反应时。

该团队使用由碳、铜和氮制成的催化剂并施加电压以引发从根本上逆转燃烧过程的复杂化学反应。在基于纳米技术的含有多个反应位点的催化剂的帮助下，溶解在水中的二氧化碳溶液可转化为乙醇，产率为63％。通常，这种类型的电化学反应会有少量几种不同的杂质。

Rondinone说：“我们正在利用二氧化碳，这种燃烧的废物。我们正在推动这种燃烧反应反向进行，并且能在很高的产率下生成有用的燃料。“乙醇是一个惊喜，因为用单一的催化剂从二氧化碳直接合成乙醇是非常困难的。”

催化剂的新颖性在于其纳米级结构，由嵌入碳尖峰中的铜纳米颗粒组成。这种纳米纹理化方法避免了使用昂贵或稀有的金属（例如铂），这样的原因限制了许多催化剂的经济可行性。

Rondinone说：“通过使用常见的材料，结合纳米技术，我们想出了限制副反应的方法，最终得到我们想要的结果。

研究人员的初步分析表明，催化剂的尖锐纹理表面提供了充足的反应位点以促进二氧化碳到乙醇的转化。

“他们就像50纳米的避雷针，在尖峰的尖端集中电化学反应。”Rondinone说。

由于该技术依赖于低成本材料，并具有室温下在水中操作的能力，研究人员认为该方法可以扩大用于工业的相关应用。例如，该过程可以用于存储从诸如风力和太阳能可变电源产生的过量电力。

“利用二氧化碳可以制造和存储为乙醇的特性，这样的过程可将过量的电力转化为化学能储存起来。”Rondinone说。 “这有助于平衡由可再生能源提供的间歇式电网。

研究人员计划改进他们的方法以提高总体生产速率并进一步研究催化剂的性质和行为。

原文链接：Nano-spike catalysts convert carbon dioxide directly into ethanol

文献链接：High-Selectivity Electrochemical Conversion of CO2 to Ethanol using a Copper Nanoparticle / N-Doped Graphene Electrode

本文由编辑部杨超提供素材，时冰遥编译，点我加入材料人编辑部