CO2（黑色和紅色）和氫分子（藍色）在釕基催化劑的幫助下發(fā)生反應。在右邊，未涂層的催化劑產生最簡單的碳氫化合物甲烷。在左側，涂層催化劑產生更長鏈的碳氫化合物，如丁烷、丙烷和乙烷。圖片來源：陳榮治
科技日報記者 張夢然
美國研究人員近日發(fā)表在《美國國家科學院院刊》上的最新論文中描述了他們發(fā)明的一種新催化劑，可通過增加化學反應中長鏈碳氫化合物的產量來將CO2轉化為其他有用的化學品，例如丙烷、丁烷或其他由碳和氫長鏈組成的碳氫化合物燃料。
這種新催化劑由元素釕（一種屬于鉑族的稀有過渡金屬）組成，涂有一層薄薄的塑料。像任何催化劑一樣，這一發(fā)明加速了化學反應，卻不會在過程中耗盡。釕還具有比其他高質量催化劑（如鈀和鉑）便宜的優(yōu)勢。在相同條件下，新催化劑產生的丁烷，是標準催化劑在最大壓力下可產生的最長碳氫化合物的1000倍。
斯坦福大學化學工程師馬泰奧·卡涅羅團隊花了7年的時間來發(fā)現和完善這種新催化劑。新催化劑能從反應中生產汽油的能力是一項突破。卡涅羅實驗室的反應器只需更大的壓力來生產所有用于汽油的長鏈碳氫化合物，因此他們正在建造一個更高壓力的反應器。
汽油在室溫下是液態(tài)的，因此比難以儲存并且容易揮發(fā)的短鏈兄弟，如甲烷、乙烷和丙烷，更容易處理。卡涅羅團隊設想了一個碳中和循環(huán)，其中CO2被收集、轉化為燃料再次燃燒，由此產生的二氧化碳重新開始循環(huán)。
研究人員解釋說，反應性顯著提高的關鍵是釕上的多孔塑料層。未涂層的催化劑效果很好，但只會產生甲烷，這是最短鏈的碳氫化合物，它只有一個碳原子與四個氫鍵合。多孔聚合物控制碳氫比，使我們能夠從相同的反應中產生更長的碳鏈。研究人員使用同步加速器技術證明了這種特殊且關鍵的相互作用。
卡涅羅承認，雖然長鏈碳氫化合物是捕獲碳的一種創(chuàng)新用途，但并不完美。他還在研究將CO2轉化為有價值工業(yè)化學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
大氣中的CO2可以變?yōu)闃嫵苫剂系拈L鏈碳氫化合物嗎？當然可以，但需要自然界的光合作用和數百萬年地質活動帶來的高熱和高壓。科學家不想等數百萬年的時間來合成化石燃料，于是，他們用化學領域的最新進展——催化劑，來完成“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”過程中，廢棄的二氧化碳、大量的氫氣轉化為乙烷、丙烷、丁烷鏈。而所有的這些，都是燃料來源。
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