◎陳 剛劉雪茹范 千本報(bào)記者 吳純新

二氧化碳能做衣服、制香水，還能做成樂(lè)高玩具？科技改變世界的能力，超乎人們的想象。5月3日，《自然》雜志發(fā)表了我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)研究成果論文。該研究實(shí)現(xiàn)了以二氧化碳為原料高效制備乙酸，找到了一條乙酸綠色生產(chǎn)的新路徑，或?qū)⑹埂傲闾肌敝圃斓膲?mèng)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

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新型催化劑破解難題

上述論文作者之一、武漢理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授麥立強(qiáng)介紹，他所在的團(tuán)隊(duì)聯(lián)合龐元杰教授團(tuán)隊(duì)、多倫多大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)的最新研究，利用低品階的可再生電能，通過(guò)二氧化碳催化電解手段，將二氧化碳轉(zhuǎn)化為高附加值的碳基燃料或化學(xué)品。

二氧化碳的還原產(chǎn)物比較復(fù)雜，在以往的研究中，將二氧化碳電還原至一氧化碳較為簡(jiǎn)單。然而，將二氧化碳還原成乙酸等碳二化合物較為困難。為了解決這一難題，研究團(tuán)隊(duì)從二氧化碳電還原至碳二化合物的關(guān)鍵中間體——一氧化碳入手，攻克了一氧化碳還原至碳二化合物的難題，進(jìn)而解決了以二氧化碳為原料制備乙酸等碳二化合物的技術(shù)問(wèn)題。

這項(xiàng)成果對(duì)可再生能源的轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)及緩解氣候變暖至關(guān)重要。在本項(xiàng)研究中，我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)使用新型銅—銀稀釋合金催化劑，可在高壓強(qiáng)反應(yīng)條件下，利用電能將一氧化碳高效還原為乙酸。其反應(yīng)最高選擇性達(dá)91%，已和二氧化碳轉(zhuǎn)為一氧化碳的電還原選擇性相仿，實(shí)現(xiàn)了可再生能源的轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)。

經(jīng)濟(jì)技術(shù)可行性分析表明，該技術(shù)在未來(lái)應(yīng)用前景廣闊。這項(xiàng)研究證實(shí)了二氧化碳電還原技術(shù)在分布式清潔能源存儲(chǔ)方面的應(yīng)用潛力及使用二氧化碳電催化轉(zhuǎn)化技術(shù)進(jìn)行碳基化學(xué)品綠色合成的可行性。

多項(xiàng)指標(biāo)打破世界紀(jì)錄

乙酸又名醋酸，作為一種重要的有機(jī)化工原料，乙酸在制造化纖衣物、香水香氛、塑料加工品等產(chǎn)品中應(yīng)用廣泛。

“以前，人們通常采用化學(xué)合成或淀粉發(fā)酵法等傳統(tǒng)方法生產(chǎn)乙酸，用這些方法，每生產(chǎn)1千克乙酸會(huì)排放約1.6千克二氧化碳?！鄙鲜稣撐淖髡咧弧⑷A中科技大學(xué)光電信息學(xué)院教授龐元杰表示，我國(guó)作為世界第一大乙酸生產(chǎn)國(guó)，乙酸年產(chǎn)量超800萬(wàn)噸，生產(chǎn)過(guò)程中排放的二氧化碳給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了巨大壓力。

龐元杰說(shuō)，他所在的團(tuán)隊(duì)致力于“零碳”制造——不僅要讓生產(chǎn)乙酸的過(guò)程不產(chǎn)生二氧化碳，還能消耗二氧化碳制備乙酸，為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)貢獻(xiàn)科技力量。上述研究成果顯示，該實(shí)驗(yàn)以二氧化碳和水為原料，可生成乙酸這一主要產(chǎn)物，并能連續(xù)820小時(shí)讓乙酸生成率保持在80%以上，在選擇性、能量轉(zhuǎn)化效率、穩(wěn)定性上打破了現(xiàn)有世界紀(jì)錄。

電催化二氧化碳還原技術(shù)是一種極具潛力的清潔能源存儲(chǔ)手段。但在電解過(guò)程中，如何高選擇性、高速地生產(chǎn)單一高附加值產(chǎn)物卻是困擾研究團(tuán)隊(duì)已久的問(wèn)題。電解水只可獲得氧氣和氫氣，電解二氧化碳卻可獲得20余種產(chǎn)物。

“為穩(wěn)定乙酸的生成率，首先要解決的是反應(yīng)裝置設(shè)計(jì)與搭建的問(wèn)題，其次是催化劑的選擇?！饼嬙苷f(shuō)，利用高壓裝置和催化劑的創(chuàng)新，團(tuán)隊(duì)以電催化二氧化碳還原技術(shù)為基礎(chǔ)，采用兩步法二氧化碳還原途徑，穩(wěn)定住乙酸反應(yīng)路徑的關(guān)鍵中間基團(tuán)，最終高產(chǎn)率地合成了乙酸。

利用該技術(shù)，除了乙酸這類(lèi)羧酸類(lèi)化學(xué)品，烴類(lèi)、醇類(lèi)等重要化學(xué)品也有望實(shí)現(xiàn)“零碳”制造。二氧化碳得以更廣泛地應(yīng)用在醫(yī)藥、燃料、化工原料的生產(chǎn)過(guò)程中。

該技術(shù)還可將太陽(yáng)能發(fā)電板的電能轉(zhuǎn)換為便于儲(chǔ)存的燃料化學(xué)能，再將燃料化學(xué)能有序釋放，滿(mǎn)足生活和生產(chǎn)的各種用能需求。

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