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美国的大部分汽车和卡车所使用的燃料是由90％汽油和10%由玉米发酵得到的可再生乙醇组成的混合燃料。但是，每年用于运输业需要140亿加仑的乙醇，而得到这种可再生乙醇则需要数百万英亩的农田。 来自斯坦福大学最近的研究表明，科学家发现了一种不需要玉米或其他作物，可以持续得到乙醇的方法。这项十分有应用前景的技术包括三个基本组成部分：水，二氧化碳和通过铜催化剂输送的电力。相关研究结果发表在美国国家科学院学报（PNAS）上。 首席研究员来自斯坦福大学化学工程学院的副教授Thomas Jaramillo表示：“我们的长期目标之一是在不影响全球粮食供应的方式的前提下生产可再生乙醇。” 科学家们想要通过设计铜催化剂进行有选择性地将二氧化碳转化为更高价值的化学品和燃料，如乙醇和丙醇，这一过程很少或没有副产物产生。但首先，他们需要清楚地了解这些催化剂是如何工作的。 铜晶体 PNAS研究表明，斯坦福大学研究团队选择了三种不同的结晶铜样品，命名为铜（100），铜（111）和铜（751）。研究者使用这些数字来描述铜单晶的表面几何形状。 “铜（100），铜（111）和铜（751）看起来几乎是相同的，但在其表面上的原子排列方式有很大的差异，”来自SLAC的研究者Christopher Hahn表示，“我们工作的本质就是了解表面几何形状不同的铜如何影响电催化性能。” 在之前的研究中，科学家们已经制造了尺寸仅为1平方毫米的单晶铜电极。 “有了这么小的晶体，很难确定和量化表面上产生的分子，” Hahn解释说。“这导致了解化学反应的困难，所以我们的目标是制造具有较大的单晶表面质量的铜电极。 为了得到更大的样品，Hahn和他在SLAC的同事共同开发了一种新颖的方式，通过这一方式可以在硅晶片和蓝宝石的大晶圆之上生长出单晶状铜并成功在六平方厘米的表面得到比一般单晶大600倍的铜（100），铜（111）和铜（751）薄膜。 催化性能 为了比较电催化性能，研究人员将三个大电极置于水中，将其暴露于二氧化碳气体中并接通电流。 结果表明，当施加特定电压时，由铜（751）制成的电极得到的液体产物（例如乙醇和丙醇）比由铜（100）或铜（111）制成的电极具有更大的选择性。这可能是由于在铜原子表面上三种不同的排列方式。 在铜（100）和铜（111）的表面上，其原子紧密堆叠在一起，分别呈方格状和蜂窝状。铜表面的原子排列的愈紧密，使得表面的惰性增强。而在铜（751）中的情况则不同，表面上的原子相隔更远，更易与反应物，如二氧化碳，结合反应得到乙醇和丙醇。 表面不同原子排列的铜（100），铜（111）和铜（751）,【A:铜（100）;B:铜（111）;C:铜（751）；D:铜 表面不同原子排列的铜（100），铜（111）和铜（751）,【A:铜（100）;B:铜（111）;C:铜（751）；D:铜（751）理想原子模型】（来源：PNAS） |
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