可再生太阳能燃料的秘诀是断断续续的关系

他们说，拥有一些特别的东西而失去它，总比从未拥有它要好。谁会想到金属氧化物催化剂的这种情绪是正确的?根据劳伦斯伯克利国家实验室(Berkeley Lab)和加州理工学院的科学家的说法，曾经与氧气结合的铜比从未与氧气结合的铜更能将二氧化碳转化为可再生燃料。

对于他们的研究，现在发表在ACS Catalysis杂志上，科学家们对工作中的太阳能燃料发电机原型进行了 X 射线光谱分析，以证明在生产乙烯方面，由氧化铜制成的催化剂优于纯金属来源的催化剂，两个-具有广泛工业应用的碳气体——即使在催化剂中没有可检测到的氧原子之后。

“许多研究人员已经表明，氧化物衍生的铜催化剂更适合从 CO2制造燃料产品，但是，关于为什么会发生这种情况存在争议，”研究联合负责人、伯克利实验室化学家和联合中心成员 Walter Drisdell 说用于人工光合作用 (JCAP)。JCAP 的使命是开发高效的太阳能技术，将大气中的 CO2转化为石油替代燃料。德里斯戴尔和他的同事说，他们的发现是朝着这个目标迈出的重要一步。

他解释说，在燃料生产的操作条件下——首先将 CO2转化为一氧化碳，然后构建碳氢化合物链——催化剂中的铜结合氧自然会耗尽。然而，一些研究人员认为，金属结构中会残留少量氧气，这是提高效率的来源。

为了解决争议，该团队将气相色谱 (GC) 系统带到 X 射线光束线上，以便他们可以实时检测乙烯的生产。“我们来自加州理工学院的合作者从帕萨迪纳一路开着 GC，并将其安装在帕洛阿尔托的 X 射线设施中，”伯克利实验室的博士后研究员、该研究的共同主要作者 Soo Hong Lee 说。“有了它，我们表明催化剂中的氧气('氧化物')量与产生的乙烯量之间没有相关性。因此，我们认为氧化物衍生的催化剂是好的，而不是因为它们在它们会减少一氧化碳，但因为去除氧气的过程会产生一种金属铜结构，这种结构更容易形成乙烯。”

该团队进一步表明，尽管氧化物衍生催化剂的效率会随着时间的推移而下降，但它可以通过在简单的维护过程中重新添加和重新去除氧气来定期“重新激活”。他们的下一步是设计一种可与 X 射线散射仪器一起工作的燃料发电电池，使他们能够在将一氧化碳转化为乙烯时直接绘制催化剂的变化结构图。

研究团队还包括加州理工学院的 Ian Sullivan 和 Chengxiang Xiang，以及伯克利实验室的 David Larson、Guuji Liu 和 Francesca Toma。这项工作得到了美国能源部 (DOE) 科学办公室的支持。JCAP 是 DOE 能源创新中心。