美國(guó)研究人員近日發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上的最新論文中描述了他們發(fā)明的一種新催化劑，可通過(guò)增加化學(xué)反應(yīng)中長(zhǎng)鏈碳?xì)浠衔锏漠a(chǎn)量來(lái)將CO2轉(zhuǎn)化為其他有用的化學(xué)品，例如丙烷、丁烷或其他由碳和氫長(zhǎng)鏈組成的碳?xì)浠衔锶剂稀?/p>
這種新催化劑由元素釕(一種屬于鉑族的稀有過(guò)渡金屬)組成，涂有一層薄薄的塑料。像任何催化劑一樣，這一發(fā)明加速了化學(xué)反應(yīng)，卻不會(huì)在過(guò)程中耗盡。釕還具有比其他高質(zhì)量催化劑(如鈀和鉑)便宜的優(yōu)勢(shì)。在相同條件下，新催化劑產(chǎn)生的丁烷，是標(biāo)準(zhǔn)催化劑在最大壓力下可產(chǎn)生的最長(zhǎng)碳?xì)浠衔锏?000倍。
斯坦福大學(xué)化學(xué)工程師馬泰奧·卡涅羅團(tuán)隊(duì)花了7年的時(shí)間來(lái)發(fā)現(xiàn)和完善這種新催化劑。新催化劑能從反應(yīng)中生產(chǎn)汽油的能力是一項(xiàng)突破。卡涅羅實(shí)驗(yàn)室的反應(yīng)器只需更大的壓力來(lái)生產(chǎn)所有用于汽油的長(zhǎng)鏈碳?xì)浠衔铮虼怂麄冋诮ㄔ煲粋€(gè)更高壓力的反應(yīng)器。
汽油在室溫下是液態(tài)的，因此比難以儲(chǔ)存并且容易揮發(fā)的短鏈兄弟，如甲烷、乙烷和丙烷，更容易處理。卡涅羅團(tuán)隊(duì)設(shè)想了一個(gè)碳中和循環(huán)，其中CO2被收集、轉(zhuǎn)化為燃料再次燃燒，由此產(chǎn)生的二氧化碳重新開始循環(huán)。
研究人員解釋說(shuō)，反應(yīng)性顯著提高的關(guān)鍵是釕上的多孔塑料層。未涂層的催化劑效果很好，但只會(huì)產(chǎn)生甲烷，這是最短鏈的碳?xì)浠衔铮挥幸粋€(gè)碳原子與四個(gè)氫鍵合。多孔聚合物控制碳?xì)浔龋刮覀兡軌驈南嗤姆磻?yīng)中產(chǎn)生更長(zhǎng)的碳鏈。研究人員使用同步加速器技術(shù)證明了這種特殊且關(guān)鍵的相互作用。
卡涅羅承認(rèn)，雖然長(zhǎng)鏈碳?xì)浠衔锸遣东@碳的一種創(chuàng)新用途，但并不完美。他還在研究將CO2轉(zhuǎn)化為有價(jià)值工業(yè)化學(xué)品的其他催化劑和類似工藝，例如用于制造塑料的烯烴、甲醇和乙醇，所有這些都可在不將CO2“返回天空”的情況下隔離碳。
總編輯圈點(diǎn)
大氣中的CO2可以變?yōu)闃?gòu)成化石燃料的長(zhǎng)鏈碳?xì)浠衔飭?當(dāng)然可以，但需要自然界的光合作用和數(shù)百萬(wàn)年地質(zhì)活動(dòng)帶來(lái)的高熱和高壓。科學(xué)家不想等數(shù)百萬(wàn)年的時(shí)間來(lái)合成化石燃料，于是，他們用化學(xué)領(lǐng)域的最新進(jìn)展——催化劑，來(lái)完成“加速”。本文的新催化劑，能以前所未有的速度從二氧化碳中制造碳分子，在這一“魔法”過(guò)程中，廢棄的二氧化碳、大量的氫氣轉(zhuǎn)化為乙烷、丙烷、丁烷鏈。而所有的這些，都是燃料來(lái)源。
