檢測到您的瀏覽器版本過低,可能導致某些功能無法正常使用,建議升級您的瀏覽器,或使用推薦瀏覽器 Google Chrome 、Edge、Firefox 。 X
科學家們正在將溫室氣體二氧化碳轉化為高價值液體燃料甲醇,這一突破性研究發表在7月份的《自然催化》期刊上。這項國際合作由俄亥俄州立大學、耶魯大學、希伯來大學等機構的研究人員共同完成,通過創新的電催化技術和分子可視化手段,為實現二氧化碳資源化利用提供了全新解決方案。
電催化技術的核心突破
研究團隊通過在碳納米管表面涂抹酞菁鈷(CoPc)分子,并施加電流,實現了二氧化碳的高效轉化。碳納米管作為獨特的導電材料,能夠為催化劑提供理想的反應環境。當電流通過電解質溶液時,CoPc分子獲取電子,并利用這些電子將二氧化碳轉化為甲醇。
利用新型振動光譜技術,研究團隊首次直接觀察到分子在不同反應環境中的行為。這項技術揭示了為何某些反應條件下更容易生成甲醇,而非其他副產物如一氧化碳。通過調整催化劑在碳納米管表面的分布方式,團隊成功將甲醇生成效率提高了八倍。
甲醇:未來能源的潛力選項
甲醇因其高能量密度和低成本,被認為是未來可持續能源的重要載體。作為一種替代燃料,甲醇不僅可用于飛機、汽車和船舶,還可通過可再生電力驅動的生產工藝用于供熱和發電。
研究團隊認為,甲醇的應用前景遠不限于燃料領域。其生產過程還可以推動新型化學反應的發現,為能源和化工行業帶來更多可能性。論文共同作者、俄亥俄州立大學教授羅伯特·貝克表示:“通過理解分子級的化學反應,我們能夠更高效地生產甲醇,同時為催化科學提供新的洞見。”
技術創新推動精準催化
該研究的另一大亮點是利用振動光譜技術和計算建模,精準捕捉分子行為的變化。研究人員發現,二氧化碳分子在某些反應條件下與“超級帶電粒子”陽離子發生相互作用,從而顯著提升甲醇的轉化效率。這一發現為未來優化電催化過程提供了重要依據。
俄亥俄州立大學的博士后研究員朱全松表示:“振動光譜技術讓我們能夠分辨同一種分子在不同環境下的振動特性,并關聯到甲醇的生成路徑。這一技術為理解催化反應的本質提供了全新視角。”
國際合作與未來展望
這項研究的成功得益于國際科研團隊的緊密合作,以及美國國家科學基金會和美國-以色列雙邊科學基金會的資助。團隊成員來自耶魯大學、希伯來大學、賓漢姆頓大學等機構,為項目的理論分析和實驗驗證提供了多學科支持。
未來,研究團隊計劃進一步探索陽離子的功能,以及其他可能優化甲醇生產的催化路徑。貝克教授表示:“我們已經開始合作進行后續研究,期待看到更多令人振奮的進展。”
通過將溫室氣體轉化為高價值燃料,科學家們不僅為緩解氣候變化提供了新工具,也為能源可持續發展開辟了新途徑。這項研究標志著電催化技術應用的重大進展,或將在未來徹底改變化工和能源產業的格局。
參考文獻:
[1]Ohio State University. Chemists design novel method for generating sustainable fuel[EB/OL](2024-07-19). https://www.sciencedaily.com/releases/2024/07/240719123857.htm.