作者:曾杰等 来源:《自然—纳米技术》 发布时间:2021/12/16 10:02:18
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二氧化碳“变身”纯甲酸液体燃料

 

近日,中国科学技术大学教授曾杰与电子科技大学教授夏川、中国科学院大连化学物理研究所研究员肖建平合作,基于固态电解质开发了一种新型电解反应器。他们利用可持续的清洁电能,配合所研发的铜基单原子催化剂,可以将温室气体二氧化碳高效转化为高价值、高纯度的液体燃料甲酸,无需进一步产物分离。该成果12月14日在《自然—纳米技术》杂志上发表。

人类活动排放的二氧化碳等温室气体,带来全球变暖等一系列环境和生态问题。面对日益严峻的气候变化问题,我国提出了“碳达峰”与“碳中和”的目标,在国内国际社会引发关注。

利用风力、水力、太阳能等可持续能源的“绿电”,将温室气体二氧化碳电解转化为高价值的化学品,是二氧化碳利用的新兴技术,有望成为减少碳排放的重要手段。然而,这一过程得到的产物驳杂,既包括经济价值高的甲酸,还会得到一氧化碳、乙烯、乙醇等众多副产物,并且将液体产物从电解质溶液中提取和纯化将产生巨额生产成本。如何提高催化剂的选择性、降低产物分离成本,是实现二氧化碳电解产业化亟待解决的技术难题。

曾杰联合团队研发了一种低成本、高活性的铜基单原子催化剂,实现了二氧化碳到甲酸的单一转化。令人兴奋的是,他们基于固态电解质还开发了一种新型电解装置,配合所研制的催化剂,以二氧化碳和水作为原料,可以直接连续制备得到无需分离的纯甲酸液体燃料。利用这一新技术,研究人员在实验室实现了浓度为0.1摩尔每升的纯甲酸水溶液的公升级制备。

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电化学转化二氧化碳连续制备8升浓度为0.1摩尔每升的纯甲酸水溶液。 中国科大供图

审稿人认为,这一研究集原理创新突破、机理深度发掘、催化性能卓越于一体,是一项杰出的工作。这一成果有望大幅降低二氧化碳电解工艺中的产物分离成本,推动绿电驱动二氧化碳转化的产业化进程,对实现“碳中和”与“碳达峰”具有重大意义。(来源:中国科学报 桂运安) 

相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41565-021-00974-5

 
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