研究人員通過可再生電力驅(qū)動電解槽生產(chǎn)純液體燃料，以環(huán)保有效的方式再利用溫室氣體。據(jù)外媒報道，萊斯大學化學與生物分子工程師HaotianWang實驗團隊開發(fā)的催化反應器，以二氧化碳為原料，生產(chǎn)高度純化和高濃度甲酸，可作為燃料電池燃料，用來提供電力，所排放的二氧化碳可以再次回收利用。

Wang說，用傳統(tǒng)的二氧化碳裝置生產(chǎn)甲酸，其凈化過程成本昂貴且耗能高。直接生產(chǎn)純甲酸溶液，可推動二氧化碳轉(zhuǎn)化技術的商業(yè)化。

Wang的團隊致力于研發(fā)新技術，將溫室氣體轉(zhuǎn)化為有用產(chǎn)品。在實驗過程中，新型電催化劑的能量轉(zhuǎn)換率達到42%左右，這意味著近一半的電能以液態(tài)燃料的形式儲存在甲酸中。

他說:“它也是化學工程行業(yè)的基礎。作為其他化學品的原料，以及氫氣的儲存材料，甲酸能夠容納的能量，幾乎是同等體積氫氣1000倍。而且，氫氣很難壓縮，這是目前氫燃料電池汽車面臨的一大挑戰(zhàn)。”

萊斯大學博士后研究員ChuanXia說，他們在兩方面取得進展，促進新設備的研發(fā)。第一是他開發(fā)出堅固的二維鉍催化劑，第二是固態(tài)電解質(zhì)，在反應過程中不需要鹽。

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“與銅、鐵或鈷等過渡金屬相比，鉍是一種非常重的原子。”Wang說，“它的遷移率很低，尤其是在反應條件下，這樣就可以使催化劑處于穩(wěn)定狀態(tài)?！绷硗猓赋?，反應器的構(gòu)造可以防止水接觸催化劑，有助于保護催化劑。

這種納米材料可以通過新方法批量生產(chǎn)。Xia說：“目前，人們生產(chǎn)的催化劑是按毫克或克計的。采用我們開發(fā)的方法，可以使產(chǎn)量增加至千克以上，更容易應用至工業(yè)領域。”

該固體電解質(zhì)以聚合物為基礎，外面覆以磺酸配體進行正電荷傳導，或覆以氨基官能團傳導負離子。Wang說:“在鹽水等傳統(tǒng)液體電解質(zhì)中，人們通常會減少二氧化碳。但是，純水電解質(zhì)的電阻太大，影響導電。添加氯化鈉或碳酸氫鉀等鹽類后，離子才能在水中自由移動?！?/p>

“然而，用這種方法產(chǎn)生的甲酸，會和鹽混合?！彼f，“在大多數(shù)應用中，你必須從最終產(chǎn)品中除去鹽，這樣做會提高能耗和成本。因此，我們使用固體電解質(zhì)來傳導質(zhì)子，這種電解質(zhì)可以用不溶性聚合物或無機化合物制造，不需要鹽?！?/p>

水流經(jīng)過產(chǎn)物室的速度決定了溶液濃度。在當前設置下，水的流速較慢，根據(jù)重量計算，能夠產(chǎn)生約為30%的甲酸溶液可以通過調(diào)整流速來改變濃度。研究人員希望，下一代反應器的產(chǎn)物濃度更高，而且允許氣體流動，能夠產(chǎn)生純甲酸蒸汽。

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萊斯實驗室與布魯克海文國家實驗室合作觀察這一過程?！癤射線吸收光譜是一種強大的技術，可在布魯克海文實驗室國家同步加速器光源II的內(nèi)殼光譜（ISS）波束線上獲取。我們可以在操作過程中（即實際的化學過程中）探測電催化劑的電子結(jié)構(gòu)?！痹撗芯康暮现咧?、國際空間站首席束線科學家EliStavitski表示，“在這項研究中，我們跟蹤鉍在不同電位下的氧化狀態(tài)，并且能夠鑒別催化劑在二氧化碳還原過程中的活性狀態(tài)。”

該實驗室利用現(xiàn)有反應器，能夠連續(xù)100小時生產(chǎn)甲酸，反應器組分（包括納米級催化劑）的降解忽略不計。Wang表示，該反應器還可以進行改良，用以生產(chǎn)諸如乙酸、乙醇或丙醇等高價值產(chǎn)品。

Wang表示：“總的來說，對于改善全球變暖以及綠色化學合成，減少二氧化碳排放都是非常重要的。如果利用太陽或風能等可再生資源產(chǎn)生的電力，我們就可以創(chuàng)造一個循環(huán)過程，在不增加二氧化碳排放的情況下，將二氧化碳轉(zhuǎn)化為某種重要的東西?！鄙w世汽車