二氧化碳一步變乙醇，轉化率高達63％！全世界都震驚了

美國橡樹嶺國家實驗室（ORNL）化學家亞當·羅蒂農帶領的研究團隊，本來打算將溫室氣體的主要成分——二氧化碳催化成甲烷，結果在開始催化反應的第一個步驟，竟意外生成了乙醇，轉化效率還挺高，達到了63%。

消息發布後，多家國內外媒體予以關注。這個技術是否像新聞標題上看起來那麼簡單？其背後的創新點究竟何在？對改善環境和提高能源效率能有哪些幫助？

二氧化碳變酒精只需一步

在進行電催化二氧化碳實驗時，羅蒂農團隊設計了至少三個反應步驟，希望將二氧化碳催化成甲烷等物質。

實驗的重要「道具」是1平方厘米的納米晶元催化劑，上面由嵌入碳尖峰中的含氮銅納米顆粒組成釘狀排列結構，形成含有多個反應位點的紋理。

研究人員將納米晶元插入水中，同時注入二氧化碳，施加電壓後，晶元釘狀納米尖峰開始進行高效的化學反應。結果在第一個步驟結束時，「我們發現，竟然製造出了杜松子酒的成分——乙醇。」

乙醇，就是我們俗稱的酒精，在燃燒時會變成二氧化碳和水。現在，科學家好像只用一步，就逆轉了乙醇燃燒的複雜過程！

「偶然」源自紮實研究積累

ORNL官方網站近日在重點介紹這項突破性成就時，提到了「催化科學」和「納米製造」兩個關鍵詞。

羅蒂農在接受美國著名的《大眾機械》雜誌採訪時表示，橡樹嶺國家實驗室是政府資助的研究機構，「我們的主要研究方向是納米技術，而我個人側重於催化技術，特別是用電催化來控制化學反應。」

通常而言，用單一的催化劑把二氧化碳催化成其他物質是非常困難的。羅蒂農選擇了將擅長的電化學方法應用於催化實驗。此外，這項成果的最大創新點在於催化劑的納米紋理，正是這種獨特的納米結構，為催化反應提供了高效率反應場所。

值得一提的是，這種僅用普通碳、銅材料進行催化的方法，避免了使用稀有金屬鉑等昂貴材料帶來的工業成本壓力。更重要的是，它在室溫下的水中操作即可，方便大規模的工業化應用。

目前，研究人員計劃改進他們的方法，以進一步研究這種催化劑的性質和行為。

有效提高清潔能源利用率

為什麼會選擇二氧化碳作為催化對象？羅蒂農表示：「用電力捕獲二氧化碳並將其轉化為有用的東西，是一種很重要的研究方向，全世界都在做這類研究。」

二氧化碳是燃燒產生的廢物，這次偶然發現的可逆催化反應，不僅可以「變廢為寶」，其效率也高得驚人。

新聞通告中提到的63%的產出率，在羅蒂農看來，是一種容易讓人理解的解釋方法——推動100個電子穿過催化劑，其中63個最終以乙醇形式存儲下來。另一種對「高效」的解釋更「刺激」——從二氧化碳的角度看，如果拿100個二氧化碳分子去參與反應，其中84個最終變成乙醇，其餘的變成一氧化碳、甲酸或甲烷。「63%也好，84%也好，催化收益率是比較高的，我們對此感到很滿意」。

有鑒於此，研究人員認為，「該方法可擴大用於工業相關領域，如存儲風力、太陽能等可再生能源發電站產生的過量電力」。不能併入電網的電力，可以用來催化二氧化碳，以液體乙醇的方式將能源存儲下來。

「這是一個提高清潔能源利用效率的好辦法」，羅蒂農表示，「如果考慮閉合碳循環和由此衍生的碳交易，該技術也具有相當的競爭力。」

圖片來自網路

TAG:科技日報 |

※將二氧化碳轉化為甲醇的技術取得新突破
※中國又有一項黑科技獲重大突破 二氧化碳加氫一步轉化為清潔汽油
※44.5％的光電轉化效率！世界最高效太陽能電池即將誕生
※身體有6個變化就要警惕肝硬化！4個方法能有效轉化癌變率
※亞洲第一座垂直森林，可將二氧化碳轉化為氧氣
※「神奇的轉化」——溫室氣體二氧化碳變汽油
※開創性史無前例！科學家把二氧化碳轉化成燃料，效率破世界紀錄！
※不可思議 以色列的新太陽能電池轉化率高達70％
※革命性技術：二氧化碳直接轉化成燃料，地球終於有救了
※97％ 太陽能光汽轉化率新突破
※如何設計一個高轉化率的推廣落地頁
※可以將二氧化碳轉化為燃料的轉基因細菌
※二氧化碳可直接轉化成高能燃料，全球變暖問題或能解決
※三十天精神轉化
※吃下這4種食物，可以更高效地轉化為肌肉！
※增肌、減脂有吃的藝術，脂肪轉化率降下來才是王道
※10個小細節決定詳情頁轉化率的高低
※硅納米晶體將二氧化碳轉化為燃料
※用光做催化劑，科學家將二氧化碳轉化成了燃料