#新型催化剂将工业排放物中的二氧化碳转化为常用化学品#一种低成本的锡基催化剂可以选择性地将二氧化碳转化为三种广泛生产的化学品——乙醇、乙酸和甲酸。

　　潜伏在许多工业运营排放物中的是一种尚未开发的资源——二氧化碳。作为温室气体和全球变暖的罪魁祸首，它可以被捕获并转化为增值化学品。

来源：《美国化学学会杂志》（2024）。DOI:10.1021/jacs.3c12722

　　在一个涉及美国能源部阿贡国家实验室、北伊利诺伊大学和瓦尔帕莱索大学的合作项目中，科学家们报告了一系列催化剂，可以有效地将二氧化碳转化为乙醇、乙酸或甲酸。这些液态碳氢化合物是美国生产最多的化学品之一，存在于许多商业产品中。例如，乙醇是许多家用产品的关键成分，也是几乎所有美国汽油的添加剂。

　　这项工作发表在《美国化学学会杂志》上。

　　催化剂是基于沉积在碳载体上的锡金属。刘迪佳说：“如果得到充分开发，我们的催化剂可以将各种工业来源产生的二氧化碳转化为有价值的化学品。”。“这些来源包括化石燃料发电厂、生物发酵和废物处理设施。”刘是阿贡大学的高级化学家，也是芝加哥大学普利兹克分子工程学院的高级科学家。

　　该团队使用的方法被称为电催化转化，这意味着二氧化碳在催化剂上的转化是由电驱动的。通过改变所用锡的大小，从单原子到超小团簇，再到更大的纳米微晶，该团队可以分别控制CO2转化为乙酸、乙醇和甲酸。这些化学物质中每一种的选择性都是90%或更高。刘说：“我们发现催化剂大小会改变反应路径，这是前所未有的。”。

　　计算和实验研究揭示了对形成这三种碳氢化合物的反应机制的一些见解。一个重要的见解是，当转化中使用的普通水转换为氘水(氘是氢的同位素)时，反应路径完全改变。这种现象被称为动力学同位素效应。它以前从未在CO2转化中被观察到。

　　这项研究受益于位于阿贡的两个美国能源部科学办公室用户设施——先进光子源(APS)和纳米材料中心(CNM)。

　　阿贡物理学家孙成军说：“利用APS提供的硬X射线束，我们捕捉到了具有不同锡负载量的锡基催化剂的化学和电子结构。”。此外，在CNM的透射电子显微镜下，可能的高空间分辨率直接成像了锡原子的排列，从单个原子到小团簇，具有不同的催化剂负载量。

　　刘说：“我们的最终目标是利用当地风能和太阳能发电，生产出当地所需的化学品。”

　　这需要将新发现的催化剂集成到低温电解槽中，用可再生能源提供的电力进行CO2转化。低温电解槽可以在接近环境温度和压力的条件下运行。这允许快速启动和停止，以适应可再生能源的间歇性供应。这是实现这一目的的理想技术。

　　刘指出：“如果我们能选择性地只在现场附近生产需要的化学品，我们就能帮助降低二氧化碳的运输和储存成本。”。“对于我们技术的本地使用者来说，这将是一个真正的双赢局面。”

　　更多信息：徐海平等，通过催化位点尺寸调节CO2电催化转化为有机物途径，《美国化学学会杂志》(2024)。