突破性的电催化剂将二氧化碳转化为乙醇

艺术家绘制的一种新的电催化过程的示意图，该过程可以将二氧化碳和水转化为乙醇。

由阿贡国家实验室，芝加哥大学普利兹克分子工程学院和北伊利诺伊大学的科学家领导的研究小组发现了一种新型电催化剂，该电催化剂能够以非常高的能源效率和低成本将二氧化碳和水持续转化为乙醇。

由于二氧化碳是一种稳定的分子，因此将其转化为不同的分子通常会消耗大量能源，而且成本很高。

但是，新工艺可以将工业工艺（例如化石燃料或酒精发酵厂）排放的二氧化碳电化学转化为有价值的商品。乙醇是几乎所有美国汽油中的一种成分，并广泛用作化学，制药和化妆品行业的中间产品。

阿贡大学化学科学与工程系高级化学家，普利兹克大学分子工程学院的UChicagoCASE科学家Di-Jia Liu说：“由我们的催化剂产生的过程将有助于循环碳经济，这需要二氧化碳的再利用。”芝加哥大学。

这些发现最近发表在《自然能源》杂志上。

该小组的催化剂由碳粉载体上原子分散的铜组成。通过电化学反应，该催化剂分解二氧化碳和水分子，并在外部电场下选择性地将分解的分子重组为乙醇。

“由我们的催化剂产生的过程将有助于循环碳经济，这需要二氧化碳的再利用。”—阿贡大学化学科学与工程系高级化学家，芝加哥大学CASE科学家刘迪佳（Di-Jia Liu）

以前在此过程中所做的尝试通常不能很好地完全转化为二氧化碳。但是新方法的电催化选择性或``法拉第效率''超过90％-远高于任何其他已报道的方法。此外，催化剂在低压下长时间运行仍能稳定运行。

“我们可以使用催化剂将二氧化碳转化为乙醇的电化学过程耦合到电网，并在非高峰时段利用可再生能源（如太阳能和风能）提供的低成本电力，”

由于该过程在低温和低压下运行，因此可响应间歇性供应可再生电力而迅速启动和停止。

刘说：“我们已经使用这种方法制备了几种新型催化剂，发现它们都能够高效地将二氧化碳转化为其他碳氢化合物。我们计划与工业界继续进行这项研究，以推动这项有前途的技术的发展。”

该小组的研究得益于位于阿贡（Argonne）的高级光子源和纳米级材料中心以及其实验室计算资源中心。

伊利诺伊州北部化学与生物化学系助理教授陶力表示：``由于在APS处X射线束的高光子通量，我们已经捕获了电化学反应过程中催化剂的结构变化。大学和阿贡大学X射线科学计划的助理科学家

“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催化机制，”北伊利诺伊大学物理化学和纳米技术教授合著者Tao Xu说。``该机制还应为开发高效的电催化剂奠定基础，该催化剂可将二氧化碳转化为多种增值化学品。

有关此研究的更多信息，请阅读《新型电催化剂将二氧化碳转化为液体燃料》。

参考：徐海平，Dominic Rebollar，何海英，钟丽娜，刘玉子，刘聪，刘聪，孙成军，李涛，John V. Muntean，“由原子分散的铜动态形成的金属簇形成的高选择性电催化将二氧化碳还原为乙醇”， Randall E.Winans，刘迪佳和徐涛，2020年7月27日，自然能源.DOI：
10.1038 / s41560-020-0666-x

除了刘和徐，作者还包括徐海平，Dominic Rebollar，何海英，Lina Chong，刘玉子，刘聪，孙成军，李涛，John V. Muntean和Randall E. Winans。

资金：Argonne的实验室指导研究与开发（美国能源部科学办公室）。