◎陳 剛劉雪茹范 千本報記者 吳純新

二氧化碳能做衣服、制香水，還能做成樂高玩具？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)表了我國科研團隊的一項研究成果論文。該研究實現(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，或將使“零碳”制造的夢想變?yōu)楝F(xiàn)實。

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新型催化劑破解難題

上述論文作者之一、武漢理工大學材料科學與工程學院教授麥立強介紹，他所在的團隊聯(lián)合龐元杰教授團隊、多倫多大學研究團隊的最新研究，利用低品階的可再生電能，通過二氧化碳催化電解手段，將二氧化碳轉化為高附加值的碳基燃料或化學品。

二氧化碳的還原產(chǎn)物比較復雜，在以往的研究中，將二氧化碳電還原至一氧化碳較為簡單。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，研究團隊從二氧化碳電還原至碳二化合物的關鍵中間體——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問題。

這項成果對可再生能源的轉換、存儲及緩解氣候變暖至關重要。在本項研究中，我國科研團隊使用新型銅—銀稀釋合金催化劑，可在高壓強反應條件下，利用電能將一氧化碳高效還原為乙酸。其反應最高選擇性達91%，已和二氧化碳轉為一氧化碳的電還原選擇性相仿，實現(xiàn)了可再生能源的轉換與存儲。

經(jīng)濟技術可行性分析表明，該技術在未來應用前景廣闊。這項研究證實了二氧化碳電還原技術在分布式清潔能源存儲方面的應用潛力及使用二氧化碳電催化轉化技術進行碳基化學品綠色合成的可行性。

多項指標打破世界紀錄

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

“以前，人們通常采用化學合成或淀粉發(fā)酵法等傳統(tǒng)方法生產(chǎn)乙酸，用這些方法，每生產(chǎn)1千克乙酸會排放約1.6千克二氧化碳。”上述論文作者之一、華中科技大學光電信息學院教授龐元杰表示，我國作為世界第一大乙酸生產(chǎn)國，乙酸年產(chǎn)量超800萬噸，生產(chǎn)過程中排放的二氧化碳給生態(tài)環(huán)境帶來了巨大壓力。

龐元杰說，他所在的團隊致力于“零碳”制造——不僅要讓生產(chǎn)乙酸的過程不產(chǎn)生二氧化碳，還能消耗二氧化碳制備乙酸，為實現(xiàn)“雙碳”目標貢獻科技力量。上述研究成果顯示，該實驗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小時讓乙酸生成率保持在80%以上，在選擇性、能量轉化效率、穩(wěn)定性上打破了現(xiàn)有世界紀錄。

電催化二氧化碳還原技術是一種極具潛力的清潔能源存儲手段。但在電解過程中，如何高選擇性、高速地生產(chǎn)單一高附加值產(chǎn)物卻是困擾研究團隊已久的問題。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裝置設計與搭建的問題，其次是催化劑的選擇?！饼嬙苷f，利用高壓裝置和催化劑的創(chuàng)新，團隊以電催化二氧化碳還原技術為基礎，采用兩步法二氧化碳還原途徑，穩(wěn)定住乙酸反應路徑的關鍵中間基團，最終高產(chǎn)率地合成了乙酸。

利用該技術，除了乙酸這類羧酸類化學品，烴類、醇類等重要化學品也有望實現(xiàn)“零碳”制造。二氧化碳得以更廣泛地應用在醫(yī)藥、燃料、化工原料的生產(chǎn)過程中。

該技術還可將太陽能發(fā)電板的電能轉換為便于儲存的燃料化學能，再將燃料化學能有序釋放，滿足生活和生產(chǎn)的各種用能需求。

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