新的催化剂有效地将二氧化碳转化为有用的燃料和化学品

罗德岛普罗维登斯[布朗大学]——随着大气中二氧化碳浓度持续攀升，科学家们正在寻找分解二氧化碳分子的新方法，以制造有用的碳基燃料、化学品和其他产品。现在，布朗大学的一个研究小组发现了一种方法，可以对铜催化剂进行微调，从而从二氧化碳中高效地生产出复杂的碳氢化合物——被称为c2 +产物。

在发表在《自然通讯》上的一项研究中，研究人员报告了一种催化剂，它可以产生具有72%法拉第效率的c2 +化合物(法拉第效率是衡量电能将二氧化碳转化为化学反应产物的效率)。研究人员说，这远远好于报道的用于C2-plus反应的其他催化剂的效率。制备过程可以很容易地扩大到工业水平，这给了这种新型催化剂在大规模二氧化碳回收努力中使用的潜力。

布朗大学的工程学教授塔伊夫·帕尔莫尔(Tayhas Palmore)与博士生泰希·金姆(Taehee Kim)共同撰写了这篇论文。他说:“文献中有各种不同的铜处理方法，可以以一系列不同的效率产生这些C2-plus。”“Taehee所做的是一系列实验，以阐明这些处理步骤实际上对催化剂的反应性产生了什么影响，这为优化这些多碳化合物的催化剂指明了道路。”

帕尔莫尔说，近年来在开发能制造单碳分子的铜催化剂方面取得了很大进展。例如，帕尔莫和她在布朗大学的团队最近开发了一种铜泡沫催化剂，可以有效地生产甲酸，甲酸是一种重要的单碳商品化学物质。但人们对能产生c2 +产物的反应越来越感兴趣。

帕尔莫尔说:“最终，每个人都希望增加产品中的碳含量，以达到生产高碳燃料和化学品的目的。”

先前的研究已经证明，铜的卤化反应——在有电势的情况下，用氯原子、溴原子或碘原子覆盖铜表面的反应——可以增加催化剂对C2-plus产物的选择性。Kim试验了各种不同的卤化方法，重点研究了哪些卤素元素和哪些电势能在CO2-to-C2-plus反应中产生性能最好的催化剂。他发现，最佳的制备方法可以产生70.7%到72.6%的法拉第效率，远远高于其他任何铜催化剂。

这项研究有助于揭示铜催化剂对C2-plus产品有益的属性。效率最高的制备有大量的表面缺陷——卤化表面的微小裂缝和缝隙——这对碳-碳耦合反应至关重要。这些缺陷位点似乎是催化剂对乙烯高选择性的关键。乙烯是一种可以聚合并用于制造塑料的c2 +产品。

最终，这种催化剂将有助于二氧化碳的大规模回收。其理念是将工业设施如发电厂、水泥生产或直接从空气中产生的二氧化碳捕获，并将其转化为其他有用的碳化合物。这就需要一种高效的催化剂，这种催化剂易于生产和再生，而且价格低廉，适合工业化生产。研究人员说，这种新的催化剂是一种很有前途的候选者。

“我们的实验使用的是实验室规模的催化剂，但是你可以使用开发的方法生产几乎任何尺寸的催化剂，”Palmore说。

该研究由美国国家科学基金会(CHE-1240020)资助。