二氧化碳轉化為純淨液體燃料，一個反應器就夠了_風聞

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編譯／雷鑫宇  審稿／三水  責編／唐林芳

研究人員開發了一種使用鉍基納米催化劑的反應器，可將温室氣體轉化為甲酸、甲醇等高價值產品。

萊斯大學開發的電解槽以鉍基納米材料作催化劑，可以將二氧化碳轉化為燃料。

techxplore.com網站9月3日報道，美國萊斯大學化學與生物分子工程實驗室的研究人員Haotian Wang等開發了一種由可再生電力驅動的電解槽，能以高效、環保的方式將温室氣體轉化為純淨的液體燃料。

工程師Wang介紹説，傳統的二氧化碳-甲酸轉化裝置涉及昂貴的成本和能源密集型的淨化步驟，他們團隊開發的技術可以直接生產純甲酸溶液，有助於促進二氧化碳轉化技術的商業化。相關成果刊登於《自然·能源》雜誌。

Wang在今年1月份加入了萊斯大學的布朗工程學院，他的團隊主要致力於温室氣體轉化技術的研究。實驗中，他們設計的新型電催化劑的能量轉換效率已經高達42%左右，這意味着將近一半的電能可以液態燃料的形式儲存在甲酸中。

甲酸是一種燃料電池燃料。

Wang説：“甲酸是一種燃料電池燃料，它在用於發電後排放的二氧化碳又可以繼續回收利用。甲酸也是生產很多化學品的原料以及儲氫材料。甲酸儲存的能量是同等體積的氫氣的1000倍——氫氣難以壓縮的特性對氫燃料電池汽車造成了巨大困擾。”

論文作者、萊斯大學博士後研究員Chuan Xia表示，新裝置性能突出的原因在於兩點關鍵設計：（1）穩定的二維鉍催化劑；（2）固態電解質消除了反應對鹽的需求。

鉍的遷移率非常低，使得催化劑的穩定性大大提高。

他説：“與銅、鐵或鈷等過渡金屬相比，鉍是一種很‘重’的金屬。在反應條件下，它的遷移率非常低。這使得催化劑的穩定性大大提高。此外，特殊設計的反應器結構可以防止水接觸催化劑，對催化劑起到保護作用。”

Xia等開發的催化劑不僅性能良好，還可以批量生產。他説：“目前，很多催化劑的產量只能達到毫克或者克級。我們開發了一種千克級的催化劑生產工藝，使它更容易拓展到工業領域。”

水流經產物室的速度決定了溶液的濃度。目前，裝置的“吞吐能力”還比較弱，產生的甲酸量約為30%。研究人員希望下一代反應器能提高溶液濃度，甚至能生產純甲酸蒸汽。

萊斯大學工程師Haotian Wang正在調整電催化反應器。

萊斯大學與布魯克海文國家實驗室合作觀察了電催化劑的工作過程。論文作者Eli Stavitski解釋説：“X射線吸收光譜技術是布魯克海文國家實驗室的強力工具。它使我們能夠在實際化學過程中探測電催化劑的電子結構。我們對鉍在不同電位下的氧化狀態進行了跟蹤，並識別了催化劑在二氧化碳還原過程中的活性狀態。”

利用現有反應器，研究人員能在實驗室中連續生產甲酸100小時，反應器組件、納米催化劑的損耗幾乎可以忽略不計。

Wang補充道，反應器可以很容易地進行改造，進而用於生產乙酸、乙醇或丙醇等高價值產品。

減少二氧化碳排放對於抑制全球變暖和綠色合成化學都有重要意義。

他説：“減少二氧化碳排放對於抑制全球變暖和綠色合成化學都有重要意義。如果使用太陽能或風能等可再生能源產生的電能來驅動反應器，那麼我們將有望創造一種更優質的碳循環過程。”

期刊來源：《自然·能源》

期刊編號：2058-7546

原文鏈接：

https://techxplore.com/news/2019-09-rice-reactor-greenhouse-gas-pure.html

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