由来自阿贡国家实验室、芝加哥大学普利兹克分子工程学院和北伊利诺斯大学的科学家领导的一个研究小组发现了一种新的电催化剂，它可以持续地将二氧化碳和水转化为乙醇，而且具有很高的能源效率和低成本。
因为二氧化碳是一种稳定的分子，把它转化成不同的分子通常是能源密集型和昂贵的。
但是，这种新方法可以用电化学方法将工业过程(如化石燃料或酒精发酵厂)所排放的二氧化碳以合理的成本转化为有价值的商品。乙醇是几乎所有美国汽油的一种成分，广泛用作化工、制药和化妆品行业的中间产品。
“我们的催化剂产生的过程将促进循环碳经济，这包括二氧化碳的再利用，”刘di – jia Liu说，他是Argonne化学科学和工程部的高级化学家，也是芝加哥大学普利兹克分子工程学院的芝加哥大学案例科学家。
这些发现最近发表在《自然能源》杂志上。
该团队的催化剂由原子分散在碳粉支架上的铜组成。通过电化学反应，这种催化剂将二氧化碳和水分子分解，并在外加电场下选择性地将分解的分子重新组合成乙醇。
之前对这个过程的尝试往往不能很好地完全转化二氧化碳。但新方法的电催化选择性，或“法拉第效率”超过90%——远高于任何其他报道的方法。此外，该催化剂在低压长时间运行后仍能稳定运行。
刘说:“我们可以利用催化剂将二氧化碳转化为乙醇的电化学过程结合到电网中，并在非高峰时段利用太阳能和风能等可再生能源提供的低成本电力。”
由于该过程在低温和低压下运行，它可以快速启动和停止，以响应间歇性的可再生电力供应。
“我们利用这种方法制备了几种新的催化剂，发现它们在将二氧化碳转化为其他碳氢化合物方面都是高效的，”刘说。“我们计划继续这项研究，与工业界合作，以推进这项有前途的技术。”
该团队的研究得益于先进的光子源和Argonne纳米材料中心，以及它的实验室计算资源中心。
“多亏了APS的x射线光子通量高,我们有了结构性变化在电化学反应的催化剂,“李道说,助理教授在北伊利诺伊大学化学和生物化学和助理科学家阿贡的x射线科学部门
“通过这项研究，我们发现了一种将二氧化碳和水转化为乙醇的新的催化机制，”合著者、北伊利诺斯大学物理化学和纳米技术教授Tao Xu说。“这一机制还应该为开发高效的电催化剂奠定基础，从而将二氧化碳转化为大量具有附加值的化学品。”
除了刘、许，作者还包括徐海平、Dominic Rebollar、何海英、庄丽娜、刘玉子、刘聪、孙成军、李涛、John V. Muntean和Randall E. Winans。
引用:“通过原子分散的铜动态形成的金属簇，高度选择性电催化二氧化碳还原为乙醇”，Xu等人，《自然能源》，2020年7月26日。DOI: 10.1038 / s41560 – 020 – 0666 – x
资助:Argonne的实验室指导研究和发展(美国能源部科学办公室)。
-改编自乔·哈蒙最初由阿贡国家实验室发表的一篇文章。