来自加州理工学院和加州大学洛杉矶分校萨穆埃尔工程学院的一个研究小组展示了一种很有前途的方法，可以有效地将二氧化碳转化为乙烯。乙烯是一种重要的化学物质，用于生产塑料、溶剂、化妆品和全球其他重要产品。
科学家们开发了具有特殊形状表面的纳米级铜线，以催化化学反应，减少温室气体的排放，同时产生乙烯——一种有价值的化学物质。对反应的计算研究表明，定型催化剂更有利于乙烯的生成，而不是氢气或甲烷。一项详细研究发表在《自然催化》上。
“我们正处于化石燃料枯竭的边缘，再加上全球气候变化的挑战，”该研究的共同通讯作者、加州大学洛杉矶分校材料科学与工程教授黄宇说。"开发能够有效地将温室气体转化为有附加值的燃料和化学原料的材料是减缓全球变暖的关键一步，同时避免开采日益有限的化石燃料。这个综合实验和理论分析为二氧化碳的升级、循环和利用提供了一条可持续的道路
目前，全球乙烯年产量为1.58亿吨。其中大部分被转化成聚乙烯，用于塑料包装。乙烯是从碳氢化合物(如天然气)中提炼出来的。
"The利用铜催化这个反应的想法已经存在了很长时间,但关键是要加快速度足够快是工业生产、"威廉·a·戈达德三世说,要学习# x27;共同通讯作者和加州理工学院# x27; s查尔斯和玛丽Ferkel教授化学、材料科学、物理学和应用。这项研究显示了一条通向这一目标的坚实道路，它有可能利用二氧化碳将乙烯生产转变为更环保的工业，否则，这些二氧化碳就会排放到大气中
使用铜启动二氧化碳(CO2)还原成乙烯(C2H4)的反应遇到了两个不利因素。首先，最初的化学反应也会产生氢气和甲烷——两者在工业生产中都是不需要的。其次，先前的乙烯生产尝试并没有持续很长时间，随着系统继续运行，转化效率逐渐下降。
为了克服这两个障碍，研究人员专注于设计具有高活性"steps"的铜纳米线——类似于原子尺度上的一组阶梯。这项合作研究的一个有趣发现是，这种跨越纳米线的阶梯图案;表面在反应条件下保持稳定，这与一般认为这些高能量特征会平滑的看法相反。这是该系统在生产乙烯而不是其他终端产品时的持久性和选择性的关键。
该团队展示了一种超过70%的二氧化碳转化为乙烯的转化率，在相同条件下的产量约为10%，比之前的设计效率高得多。新系统运行200小时，转化效率几乎没有变化，这是铜基催化剂的一大进步。此外，对结构-功能关系的全面理解，为设计高效耐用的CO2减排催化剂提供了一个新的视角。
黄和戈达德多年来一直是频繁的合作伙伴，戈达德的研究小组专注于支撑化学反应的理论原因，而黄的研究小组则创造了新材料并进行了实验。这篇论文的主要作者是崔忠硕(Chungseok Choi)，他是加州大学洛杉矶分校材料科学与工程专业的研究生，也是huang实验室的成员。
这项研究的其他作者来自加州大学欧文分校;苏州大学,中国;香港科技大学;以及韩国科学技术高等研究院。
这项研究得到了美国海军研究局、美国能源部和国家科学基金会的支持，另外还有韩国国家研究基金会、欧文材料研究所和埃克森美孚公司的支持。
新闻旨在传播有益信息，英文原版地址：https://www.caltech.edu/about/news/caltech-and-ucla-researchers-discover-effective-pathway-convert-greenhouse-gas-valuable-products