石墨烯量子点—温室气体之敌

材料牛注：近日莱斯大学研究人员开发出了一种新型碳基催化剂材料—N掺杂石墨烯量子点。它可将温室气体二氧化碳转化为烃类化合物如乙烯、乙醇等。

据莱斯大学的科学家报道，石墨烯量子点为二氧化碳的循环利用提供了一种简单的方法。通过这种方法，二氧化碳可以变为燃料而非排放入大气或者填埋在地底。

据莱斯大学材料科学家Pulickel Ajayan领导的研究小组报道，N掺杂石墨烯量子点（NGQDs）是一种利用二氧化碳生产碳氢化合物的高效电化学催化剂。利用其电催化作用，已经在实验室中成功的将二氧化碳转化为少量的乙烯和乙醇。研究细节于本周发表在Nature Communications。

据报道，尽管还未完全了解其催化机理，但研究者们发现NGQDs的催化效率与铜接近；而铜作为催化剂也被用于将二氧化碳还原为液态燃料和化学品的测试；NGQDs的催化活性可以保持很长时间。

Ajayan说：“鉴于研究者们已经尝试了几乎所有类型的催化剂，这项研究的结果让我们感到惊讶。在这一领域中真正有效的催化剂很少，铜是其中之一。我们的发现颠覆了传统的认知，因为它为筛选新型催化剂提供了一种有效的途径，而这些催化剂可以将二氧化碳转化为价值更高的产品。”

温室气体的危害已经不是秘密。通过分析冰芯得到的数据显示，今年大气中的二氧化碳的浓度超过了百万分之400个单位，是近80万年来的最高值。

“如果我们可以转化相当大一部分排放的二氧化碳，那么我们将控制住大气中的二氧化碳含量，进而影响气候变化。”来自伊利诺伊大学的共同作者Paul Kenis说道。

在实验室的测试中，与电化学催化剂铜相比，NGQDs可以催化高达90%的二氧化碳并将其中的45%转化为乙烯或乙醇。

石墨烯量子点是由碳原子组成的单原子层，该原子层是一个纳米厚、几个纳米宽的颗粒形状。加入电流和反应物如二氧化碳时，掺杂N原子的石墨烯量子点可以催化多种化学反应。

Ajayan说：“碳是一种典型的没有催化活性的物质。我们的问题之一是为何N原子掺杂让碳原子的催化变得如此有效。当N原子被嵌入正六边形石墨烯晶格后，N原子可以占据的位置很多。每一个N原子占据的位置具有不同的催化活性。因此，即使人们在过去5-10年中发表了很多关于掺杂和含有缺陷的碳具有催化活性的文章，但其为何具有催化活性依然是一个谜题。”

莱斯大学的博士后研究生、论文共同作者Jingjie Wu说：“我们发现占据石墨烯量子点边缘的吡啶型氮（一种有机化合物基本元素）使其具有将二氧化碳转化为烃类的催化活性。下一步的工作在于进一步提升掺杂的氮原子浓度以提高碳氢化合物的产量。”

Ajayan指出，虽然电化学催化作用在实验室是有效的，但工业生产依赖可扩展的热催化以生产燃料和化学品。鉴于这一原因，公司可能不会很快的将这一技术用于大批量生产。但电催化作用在实验室中很容易实现，我们的研究结果对新型催化剂的开发将十分有用。

原文链接：Carbon Dots Dash Toward ‘Green’ Recycling Role.

文献链接：A metal-free electrocatalyst for carbon dioxide reduction to multi-carbon hydrocarbons and oxygenates.

本文由材料人编辑部龙骑士提供素材，田思宇翻译，王子鸣审核，点我加入材料人编辑部。

材料测试，数据分析，上测试谷！