研究人員通過(guò)可再生電力驅(qū)動(dòng)電解槽生產(chǎn)純液體燃料，以環(huán)保有效的方式再利用溫室氣體。據(jù)外媒報(bào)道，萊斯大學(xué)化學(xué)與生物分子工程師HaotianWang實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)開發(fā)的催化反應(yīng)器，以二氧化碳為原料，生產(chǎn)高度純化和高濃度甲酸，可作為燃料電池燃料，用來(lái)提供電力，所排放的二氧化碳可以再次回收利用。

Wang說(shuō)，用傳統(tǒng)的二氧化碳裝置生產(chǎn)甲酸，其凈化過(guò)程成本昂貴且耗能高。直接生產(chǎn)純甲酸溶液，可推動(dòng)二氧化碳轉(zhuǎn)化技術(shù)的商業(yè)化。

Wang的團(tuán)隊(duì)致力于研發(fā)新技術(shù)，將溫室氣體轉(zhuǎn)化為有用產(chǎn)品。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，新型電催化劑的能量轉(zhuǎn)換率達(dá)到42%左右，這意味著近一半的電能以液態(tài)燃料的形式儲(chǔ)存在甲酸中。

他說(shuō):“它也是化學(xué)工程行業(yè)的基礎(chǔ)。作為其他化學(xué)品的原料，以及氫氣的儲(chǔ)存材料，甲酸能夠容納的能量，幾乎是同等體積氫氣1000倍。而且，氫氣很難壓縮，這是目前氫燃料電池汽車面臨的一大挑戰(zhàn)?！?/p>

萊斯大學(xué)博士后研究員ChuanXia說(shuō)，他們?cè)趦煞矫嫒〉眠M(jìn)展，促進(jìn)新設(shè)備的研發(fā)。第一是他開發(fā)出堅(jiān)固的二維鉍催化劑，第二是固態(tài)電解質(zhì)，在反應(yīng)過(guò)程中不需要鹽。

“與銅、鐵或鈷等過(guò)渡金屬相比，鉍是一種非常重的原子。”Wang說(shuō)，“它的遷移率很低，尤其是在反應(yīng)條件下，這樣就可以使催化劑處于穩(wěn)定狀態(tài)。”另外，他指出，反應(yīng)器的構(gòu)造可以防止水接觸催化劑，有助于保護(hù)催化劑。

這種納米材料可以通過(guò)新方法批量生產(chǎn)。Xia說(shuō)：“目前，人們生產(chǎn)的催化劑是按毫克或克計(jì)的。采用我們開發(fā)的方法，可以使產(chǎn)量增加至千克以上，更容易應(yīng)用至工業(yè)領(lǐng)域?！?/p>

該固體電解質(zhì)以聚合物為基礎(chǔ)，外面覆以磺酸配體進(jìn)行正電荷傳導(dǎo)，或覆以氨基官能團(tuán)傳導(dǎo)負(fù)離子。Wang說(shuō):“在鹽水等傳統(tǒng)液體電解質(zhì)中，人們通常會(huì)減少二氧化碳。但是，純水電解質(zhì)的電阻太大，影響導(dǎo)電。添加氯化鈉或碳酸氫鉀等鹽類后，離子才能在水中自由移動(dòng)?！?/p>

“然而，用這種方法產(chǎn)生的甲酸，會(huì)和鹽混合。”他說(shuō)，“在大多數(shù)應(yīng)用中，你必須從最終產(chǎn)品中除去鹽，這樣做會(huì)提高能耗和成本。因此，我們使用固體電解質(zhì)來(lái)傳導(dǎo)質(zhì)子，這種電解質(zhì)可以用不溶性聚合物或無(wú)機(jī)化合物制造，不需要鹽?！?/p>

水流經(jīng)過(guò)產(chǎn)物室的速度決定了溶液濃度。在當(dāng)前設(shè)置下，水的流速較慢，根據(jù)重量計(jì)算，能夠產(chǎn)生約為30%的甲酸溶液可以通過(guò)調(diào)整流速來(lái)改變濃度。研究人員希望，下一代反應(yīng)器的產(chǎn)物濃度更高，而且允許氣體流動(dòng)，能夠產(chǎn)生純甲酸蒸汽。

萊斯實(shí)驗(yàn)室與布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室合作觀察這一過(guò)程?！癤射線吸收光譜是一種強(qiáng)大的技術(shù)，可在布魯克海文實(shí)驗(yàn)室國(guó)家同步加速器光源II的內(nèi)殼光譜（ISS）波束線上獲取。我們可以在操作過(guò)程中（即實(shí)際的化學(xué)過(guò)程中）探測(cè)電催化劑的電子結(jié)構(gòu)?！痹撗芯康暮现咧弧?guó)際空間站首席束線科學(xué)家EliStavitski表示，“在這項(xiàng)研究中，我們跟蹤鉍在不同電位下的氧化狀態(tài)，并且能夠鑒別催化劑在二氧化碳還原過(guò)程中的活性狀態(tài)?！?/p>

該實(shí)驗(yàn)室利用現(xiàn)有反應(yīng)器，能夠連續(xù)100小時(shí)生產(chǎn)甲酸，反應(yīng)器組分（包括納米級(jí)催化劑）的降解忽略不計(jì)。Wang表示，該反應(yīng)器還可以進(jìn)行改良，用以生產(chǎn)諸如乙酸、乙醇或丙醇等高價(jià)值產(chǎn)品。

Wang表示：“總的來(lái)說(shuō)，對(duì)于改善全球變暖以及綠色化學(xué)合成，減少二氧化碳排放都是非常重要的。如果利用太陽(yáng)或風(fēng)能等可再生資源產(chǎn)生的電力，我們就可以創(chuàng)造一個(gè)循環(huán)過(guò)程，在不增加二氧化碳排放的情況下，將二氧化碳轉(zhuǎn)化為某種重要的東西?！?/p>