科学家创造了一种铜基催化剂，产生大量的乙醇

顶部行，Cu纳米粒子电极。中间排，OD-Cu 1电极。底行，OD-Cu 2电极。 A，D，G，SEM图像。 B，E，H，低倍率TEM图像。 C，F，I，高分辨率TEM图像。 J，K，L，放牧入射X射线衍射图案。自然（2014）DOI：10.1038 / Nature13249

来自斯坦福大学的科学家团队创造了一种铜基催化剂，可在室温下从一氧化碳气体中产生大量的乙醇。

斯坦福大学科学家已经发现了一种新的高效方法来生产来自一氧化碳气体的液体乙醇。这位有前途的发现可以为科学家说，从玉米和其他作物的常规乙醇生产提供生态友好的替代品。他们的结果发表于4月9日的高级在线版本自然。

“我们已经发现了第一款金属催化剂，可以在室温和压力下从一氧化碳中产生可观量的乙醇 - 这是一个臭名昭着的电化学反应，”斯坦福大学助理和自然研究的同步讲义助理教授Matthew Kanan说。

今天的大多数乙醇是在化学上将玉米，甘蔗和其他植物转化为液体燃料的高温发酵设施。但生物燃料种植庄稼需要数千英亩的土地和大量肥料和水。在美国的一些地区，它需要超过800加仑的水来生长蒲式耳的玉米，又产生了约3加仑的乙醇。

Kanan和Stanford研究生Christina Li开发的新技术不需要发酵，如果缩小，则可以帮助满足今天乙醇生产周围的许多土地和使用水资源问题。“我们的研究表明，通过电殖分析制备乙醇的可行性，”Kanan说。“但是我们有很多工作要做，以制作实际的设备。”

新电极

两年前，汉南和李建了一种新型电极由它们称为氧化铜衍生的铜的材料制成。它们使用了术语“氧化物衍生的”，因为金属电极由氧化铜制成。

“传统的铜电极由近型纳米颗粒组成，即彼此顶部坐在彼此顶部，”Kanan说。另一方面，“氧化铜衍生的铜制由铜纳米晶体制成，其全部在连续网络中以具有明确界定的晶界连接在一起。将氧化铜转化成金属铜的过程产生了纳米晶体的网络。“

对于自然研究，Kanan和Li建造了一种电化学电池 - 一种由含有一氧化碳气体饱和在水中的两个电极组成的装置。当在传统电池的电极上施加电压时，电流流量和水在一个电极（阳极）和另一个电极（阴极）处的氢气转换为氧气。挑战是找到一种阴极，将一氧化碳减少到乙醇，而不是将水还原到氢气。

“大多数材料都无法减少一氧化碳并专门对水反应，”Kanan说。“铜是唯一的例外，但传统的铜是非常低效的。”

在自然实验中，Kanan和Li使用了由氧化铜制成的阴极。当施加小电压时，结果是显着的。

“氧化铜衍生的铜生产乙醇和乙酸盐，距离亚达效率为57％，”Kanan说。“这意味着57％的电流进入从一氧化碳中生产这两种化合物。我们很兴奋，因为这在常规铜催化剂上效率提高了超过10倍。我们的模型表明，氧化铜中的纳米晶网络对于实现这些结果至关重要。“

碳中和

斯坦福团队已经开始寻找制造其他燃料的方法，提高过程的整体效率。“在这个实验中，乙醇是主要产品，”康安说。“丙醇实际上是比乙醇更高的能量密度燃料，但现在没有有效的方式生产它。”

在实验中，卡南和李发现，略微改变的氧化铜催化剂产生了10％效率的丙醇。该团队正在努力通过进一步调整催化剂的结构来提高丙醇的产量。

最终，汉安希望看到由来自太阳，风或其他可再生资源的电力供电的催化细胞的缩小版本。

为了成为碳中立的过程，科学家必须找到一种新的方式来从可再生能量而不是化石燃料，今天的主要来源。Kanan设想从大气中取出二氧化碳（CO2）以生产一氧化碳，这反过来将被送入铜催化剂以制造液体燃料。在燃料燃烧期间释放到大气中的二氧化碳将重新用于制造更多的一氧化碳和更多的燃料 - 闭环，无排放过程。

“技术已经存在用于将CO2转换为一氧化碳，但缺失的部分是一氧化碳的有效转化为液体，易于储存和无毒性的有用燃料，”Kanan说。“在我们的研究之前，有一种有意义的是，没有催化剂可以有效地将一氧化碳效能可溶于液体。我们有解决这个问题的解决方案，这是由铜制成的，这是便宜和丰富的。我们希望我们的结果激励其他人在我们的系统上工作或开发一种将一氧化碳转化为燃料的新催化剂。“

劳伦斯伯克利国家实验室国家电子显微镜中心高级职员科学家Jim Ciston的自然研究是由Jim Ciston的合作。

该研究得到了斯坦福大学，国家科学基金会和美国能源部的支持。

出版物：Christina W.LI，等，“一氧化碳电气给氧化物衍生的纳米晶体铜，”自然“，2014; DOI：10.1038 / Nature13249

图像：自然（2014）DOI：10.1038 / Nature13249