 化学家们报告一种新的电催化剂，将二氧化碳和水转化为乙醇，具有非常高的能源效率、对所需的最终产品具有高选择性和低成本的优势。 催化剂加速化学反应，成为许多工业过程的重要一步。例如，它们对于将重油转化为汽油或喷气燃料至关重要。如今，催化剂涉及超过 80% 的制造产品。 由美国能源部（DOE）阿贡国家实验室与北伊利诺伊大学合作，一个研究小组发现了一种新的电催化器，可以转化二氧化碳（CO）2）和水转化为乙醇，具有非常高的能源效率，高选择性，为所需的最终产品具有低成本的优势。乙醇是一种特别理想的商品，因为它是几乎所有美国汽油的成分，并被广泛用作化学、制药和化妆品行业的中间产品。  阿贡化学科学与工程系高级化学家、芝加哥大学普利兹克分子工程学院科学家刘迪佳说道'我们的催化剂产生的工艺将促进循环碳经济，这提高了二氧化碳的再利用率'。这个过程将做到这一点，通过电化学转换CO2 从工业过程（如化石燃料发电厂或酒精发酵厂）排放到以合理成本计算有价值的商品中。 该团队的催化剂由原子分散的铜组成，支持碳粉。通过电化学反应，这种催化剂分解了CO2 和水分子，有选择地将破碎的分子重新组装成乙醇在外部电场下。该工艺的电催化选择性（或称'法拉达效率'）超过 90%，远高于任何其他报告工艺。此外，催化剂在低电压下在延长运行期间稳定运行。 北伊利诺伊大学物理化学和纳米技术教授陶旭（Tao Xu）说：'通过这项研究，我们发现了一种新的催化机制，将二氧化碳和水转化为乙醇。'该机制还应为开发高效电催化器提供基础，以便将二氧化碳转化为大量增值化学品。 因为 CO2 是一个稳定的分子，把它变成一个不同的分子通常是能量密集型和昂贵的。然而，'我们可以控制电化学过程，CO2- 使用我们的催化剂将乙醇转换为电网，并利用非高峰时段太阳能和风能等可再生能源提供的低成本电力进行转换。由于该过程在低温和高压下运行，因此可以快速启动和停止，以响应可再生电力的间歇性供应。  该小组的研究得益于能源部在阿贡的两个科学设施办公室 -- -- 高级光子源 （APS） 和纳米级材料中心 （ CNM ） 以及阿贡实验室计算资源中心 （LCRC）。北伊利诺伊大学化学和生物化学系助理教授、阿贡X射线科学系助理科学家陶力说：'由于美国空间工程的X射线光束光子通量很高，我们捕捉到了电化学反应过程中催化剂的结构变化。这些数据以及CNM的高分辨率电子显微镜和使用LCRC的计算建模揭示了从原子分散的铜到三个铜原子的聚类在低电压应用时产生的可逆变换。The CO2-乙醇催化发生在这些微小的铜簇上。这一发现揭示了如何通过合理设计进一步改进催化剂。 '我们使用这种方法准备了几种新的催化剂，发现它们在二氧化碳转化方面都非常有效'。' |
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