撰文 DAVID NIELD

翻譯 卓思琪

審校 嚴冰冰

銅催化劑的表面(Canadian Light Source)

如眾周知，越來越多的二氧化碳（CO2）富集於地球大氣層內，使得溫室效應日益加重。不過如今，科學家們為這些過多的CO2找到了新的出路——將它們轉化成塑料。

塑料本身算不上是一種環保材料，但是，將CO2轉化至塑料中不僅擁有的了實用價值，還能減少使用製造塑料所需要的化石燃料，幫助阻止氣候變化。目前最有效的做法是先將CO2先轉化為乙烯，然後以乙烯為原材料製作最為普通的塑料——聚乙烯。

這讓CO2塑料轉換體系的實現更近了一步。

「我認為，未來技術會更多的『變廢為寶』，」加拿大多倫多大學的 Phil De Luna 說道，「而開發這條可持續新能源道路以滿足未來的能量需求，十分令人興奮。」

研究團隊利用X射線光譜學、電腦建模技術等，在薩斯喀徹溫大學的加拿大國家光源（CLS）進行了分析研究：通過電磁輻射尋找關鍵的催化劑。

得益於資深科學家 Tom Regier 開發的 CLS 的新設施，研究者們可以實時地研究研究催化劑的形狀和化學環境。

同樣來自多倫多大學的 Rafael Quintero-Bermudez 說道：「目前為止還沒有人做過這樣的研究。這項獨特的檢測技術讓我們可以深入研究催化過程是如何發生的，以及如何優化設計該過程。」

De Luna 還補充說道：「這項實驗在世界上其他的實驗室都無法完成，而實驗結果使我們感到十分興奮。」

當催化劑被一束電流擊中時，它可以驅動CO2還原反應、將CO2轉化為其他化學材料。許多金屬可被用作催化劑，但銅是唯一已知可用於催化生成乙烯的金屬。

科學家們研究出了該轉化反應的控制系統，旨在產生最大量的乙烯的同時，產生最少的『廢物』（如甲烷）。

De Luna 說道：「銅像是一種帶有『魔法』的金屬，因為它可以催化生成許多不同的化學物質，但問題是想要控制它催化生成什麼卻很困難。」

憑藉這項全新的知識和適合的碳捕捉技術，研究者們也許可以在消除CO2的同時，以環保方式生產塑料。

只要這項轉化技術所需的能源是可再生的、生產的塑料在未來能被循環利用，那麼整體上會帶來積極的影響。

目前每年的聚乙烯產量已經超過了1億噸，這項新技術可以使我們的大氣質量有顯著的改善。優化這項技術還需要進一步的研究，但是目前我們已經有了一個很好的基礎。

值得一提的是，科學家們曾幾近放棄這項研究。

「我們曾想要放棄，但是當結果出現時，它讓我們心頭一震。」Quintero-Bermudez 說道：「這是個非常漂亮、非常鼓舞人心的結果。」

該項發現被發表在了Nature Catalysts上。（論文信息見文末）

【原文地址】https://www.sciencealert.com/scientists-plan-to-recycle-waste-carbon-dioxide-co2-into-plastic

相關論文信息

【論文題目】Catalyst electro-redeposition controls morphology and oxidationstate for selective carbon dioxide reduction

【摘要】The reduction of carbon dioxide to renewable fuels and feedstocksoffers opportunities for large-scale, long-term energy storage. The synthesisof efficient CO2 reduction electrocatalysts with high C2:C1selectivity remains a field of intense interest. Here we presentelectro-redeposition, the dissolution and redeposition of copper from a sol–gel, to enhance copper catalysts in terms of their morphology,oxidation state and consequent performance. We utilized in situ soft X-rayabsorption spectroscopy to track the oxidation state of copper under CO2 reductionconditions with time resolution. The sol–gel materialslows the electrochemical reduction of copper, enabling control over nanoscalemorphology and the stabilization of Cu+ at negative potentials.CO2 reduction experiments, in situ X-ray spectroscopy anddensity functional theory simulations revealed the beneficial interplay betweensharp morphologies and Cu+ oxidation state. The catalystexhibits a partial ethylene current density of 160?mA?cm–2 (?1.0?V versus reversible hydrogen electrode) and an ethylene/methaneratio of 200.

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