美國阿爾貢國家實驗室：將CO2轉化為可用燃料

　　當世界各地的科學家和政策制定者設法應對增多的氣候變化時，他們關注到罪魁禍首：二氧化碳（CO2）。發電廠和汽車引擎燃燒化石燃料產生的 CO2 在大氣中繼續累積，加劇全球變暖。但是樹木和其它植物只能慢慢捕獲大氣中的二氧化碳，將它轉化為糖并儲存能量。

　　來自美國能源部阿爾貢國家實驗室和芝加哥伊利諾伊大學一項新的研究中，研究人員已找到一種類似的使用陽光將 CO2 轉化為一種可用能源方式。CO2 化學性質相對穩定。“就其本身而言，將 CO2 轉換成別的東西是很難的。”負責這項研究的化學家拉里·柯蒂斯說。

　　為把 CO2 變成可用的燃料，柯蒂斯及其同事們需要找到一種催化劑。這種催化劑是一種特定的可以使 CO2 更容易反應的化合物。當將大氣中的二氧化碳轉化為糖，植物利用了稱為酶的有機催化劑；研究人員使用一種被稱為二硒化鎢的金屬化合物，其被制成納米片以使比表面積最大并探索優勢活性。當植物利用自身的催化劑制糖，阿爾貢國家實驗室的研究人員則用他們的催化劑把 CO2 轉化成 CO。盡管 CO 也是一種溫室氣體，它比 CO2 更易反應，但科學家已經有方法把 CO 轉化為可用燃料如甲醇。“從 CO 制造燃料就很容易，如同‘走下坡路’，而試圖直接從 CO2 制造燃料就非常困難，如同‘走上坡路’，”阿爾貢國家實驗室該研究的另一個作者物理學家彼得·扎珀說。

　　雖然將 CO2 轉化為 CO 的反應不同于在自然界中發現的，如同光合作用它需要相同的基本電子輸入。柯蒂斯說：“在光合作用中，為了制造自身的燃料，樹木需要來自光、水和 CO2 的能量；在我們的實驗中，配料成分是一樣的，但產品是不同的。”。反應的設置非常類似于自然的，研究團隊能夠構造一種“人工葉”，它可以完成整個三步反應途徑。在第一步中，入射光子—光數據包--轉換為一對帶負電荷的電子和相應帶正電荷的“空穴（或電洞）”，然后彼此分開。在第二步中，電洞和水分子發生反應，產生質子和氧分子。最后，質子、電子和 CO2 一起反應生成CO 和水。

　　“我們燃燒如此多不同種類的碳氫化合物—如煤炭、石油或天然氣--找到一種十分經濟的方法來制造在陽光作用下更可重復使用的化學燃料可能會有巨大的影響。”扎珀說。朝著這個目標，研究還表明，反應以最小的能量損失發生——反應是非常有效的。“反應效率越低，二氧化碳循環的能量消耗越高，因此一個有效的反應是至關重要的，”扎珀說。據柯蒂斯稱，二硒化鎢催化劑也很耐用，持續時間超過 100 小時——需要催化劑觸及的高杠。

　　該研究“納米結構過渡金屬硫族化合物電催化劑降低離子液體 CO2”發表在《自然》上。實驗工作大部分在芝加哥伊利諾伊大學進行，而阿爾貢主要進行計算工作。該研究由美國能源部科學辦公室和美國國家科學基金會提供資金。