二氧化碳可以和什么反应制备燃料（二氧化碳转化为纯净液体燃料）

莱斯大学开发的电解槽以铋基纳米材料作催化剂，可以将二氧化碳转化为燃料。

莱斯大学工程师Haotian Wang正在调整电催化反应器。

techxplore.com网站9月3日报道，美国莱斯大学化学与生物分子工程实验室的研究人员Haotian Wang等开发了一种由可再生电力驱动的电解槽，能以高效、环保的方式将温室气体转化为纯净的液体燃料。工程师Wang介绍说，传统的二氧化碳-甲酸转化装置涉及昂贵的成本和能源密集型的净化步骤，他们团队开发的技术可以直接生产纯甲酸溶液，有助于促进二氧化碳转化技术的商业化。相关成果刊登于《自然·能源》杂志。

Wang在今年1月份加入了莱斯大学的布朗工程学院，他的团队主要致力于温室气体转化技术的研究。实验中，他们设计的新型电催化剂的能量转换效率已经高达42%左右，这意味着将近一半的电能可以液态燃料的形式储存在甲酸中。Wang说：“甲酸是一种燃料电池燃料，它在用于发电后排放的二氧化碳又可以继续回收利用。甲酸也是生产很多化学品的原料以及储氢材料。甲酸储存的能量是同等体积的氢气的1000倍——氢气难以压缩的特性对氢燃料电池汽车造成了巨大困扰。”

论文作者、莱斯大学博士后研究员Chuan Xia表示，新装置性能突出的原因在于两点关键设计：（1）稳定的二维铋催化剂；（2）固态电解质消除了反应对盐的需求。他说：“与铜、铁或钴等过渡金属相比，铋是一种很‘重’的金属。在反应条件下，它的迁移率非常低。这使得催化剂的稳定性大大提高。此外，特殊设计的反应器结构可以防止水接触催化剂，对催化剂起到保护作用。”Xia等开发的催化剂不仅性能良好，还可以批量生产。他说：“目前，很多催化剂的产量只能达到毫克或者克级。我们开发了一种千克级的催化剂生产工艺，使它更容易拓展到工业领域。”

水流经产物室的速度决定了溶液的浓度。目前，装置的“吞吐能力”还比较弱，产生的甲酸量约为30%。研究人员希望下一代反应器能提高溶液浓度，甚至能生产纯甲酸蒸汽。

莱斯大学与布鲁克海文国家实验室合作观察了电催化剂的工作过程。论文作者Eli Stavitski解释说：“X射线吸收光谱技术是布鲁克海文国家实验室的强力工具。它使我们能够在实际化学过程中探测电催化剂的电子结构。我们对铋在不同电位下的氧化状态进行了跟踪，并识别了催化剂在二氧化碳还原过程中的活性状态。”

利用现有反应器，研究人员能在实验室中连续生产甲酸100小时，反应器组件、纳米催化剂的损耗几乎可以忽略不计。Wang补充道，反应器可以很容易地进行改造，进而用于生产乙酸、乙醇或丙醇等高价值产品。他说：“减少二氧化碳排放对于抑制全球变暖和绿色合成化学都有重要意义。如果使用太阳能或风能等可再生能源产生的电能来驱动反应器，那么我们将有望创造一种更优质的碳循环过程。”

原创编译：雷鑫宇 审稿：三水 责编：唐林芳

期刊来源：《自然·能源》

期刊编号：2058-7546

原文链接：https://techxplore.com/news/2019-09-rice-reactor-greenhouse-gas-pure.html

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