催化組合將二氧化碳轉(zhuǎn)為碳納米纖維 有助抵消強(qiáng)效溫室氣體排放
美國(guó)能源部布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和哥倫比亞大學(xué)研究人員聯(lián)合開(kāi)發(fā)了一種耦合電化學(xué)和熱化學(xué)反應(yīng)的新策略，可將強(qiáng)效溫室氣體二氧化碳（CO2）轉(zhuǎn)化為碳納米纖維。這些材料具有廣泛的獨(dú)特性能和許多潛在的長(zhǎng)期用途。研究人員在《自然·催化》雜志上描述，新方法可在相對(duì)較低的溫度和環(huán)境壓力下進(jìn)行，成功地將碳鎖定在固體形態(tài)的物質(zhì)中，以抵消碳排放甚至實(shí)現(xiàn)負(fù)碳排放。
研究人員表示，將碳納米纖維放入水泥中，可使碳在混凝土中鎖定至少50年。該過(guò)程同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生氫氣。
新工作的特別之處在于，試圖將CO2轉(zhuǎn)化為具有附加值且堅(jiān)實(shí)的固體碳材料。這種固體碳材料含有尺寸為十億分之一米的碳納米管和納米纖維，具有許多吸引人的特性，包括強(qiáng)度、導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性。但是，從CO2中提取碳并使其組成精細(xì)的結(jié)構(gòu)并不是一件簡(jiǎn)單的事情。
研究人員為此開(kāi)發(fā)了串聯(lián)兩步法。該方法將反應(yīng)分解為多個(gè)階段，用兩種不同類(lèi)型的催化劑，使分子更容易聚集在一起并作出反應(yīng)。
團(tuán)隊(duì)首先用一種由碳負(fù)載的鈀制成的電催化劑，將CO2和水分解成一氧化碳和氫氣。接著團(tuán)隊(duì)轉(zhuǎn)向了一種由鐵鈷合金制成的熱活化催化劑。它在400℃左右的溫度下工作，比直接將CO2轉(zhuǎn)化為碳納米纖維所需的溫度要溫和得多。通過(guò)電催化和熱催化的耦合，團(tuán)隊(duì)使用這種串聯(lián)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了單獨(dú)使用任何一個(gè)過(guò)程都無(wú)法實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。
研究人員稱，這種催化劑回收的便利性、催化劑的商業(yè)可用性以及第二反應(yīng)相對(duì)溫和的反應(yīng)條件，有助于降低與該過(guò)程相關(guān)的能源成本。如果這些過(guò)程由可再生能源驅(qū)動(dòng)，其結(jié)果將是真正的負(fù)碳排放，可為緩解CO2的排放效應(yīng)開(kāi)辟新途徑。
【總編輯圈點(diǎn)】
緩解全球變暖，嚴(yán)格控制二氧化碳等溫室氣體排放，已成為全人類(lèi)的目標(biāo)。減少二氧化碳排放的主要方式，一是碳封存，二是碳抵消。碳的捕獲、利用與封存也是應(yīng)對(duì)氣候變化的重要技術(shù)手段。此次，科研人員創(chuàng)新性使用了電催化和熱催化。這種串聯(lián)將二氧化碳轉(zhuǎn)化為碳納米纖維，在利用它的同時(shí)，還能將其有效封存。值得一提的是，這種催化方法并非高成本、高復(fù)雜度的實(shí)驗(yàn)室方法，它兼顧了便利性和商用性，為實(shí)現(xiàn)零碳甚至負(fù)碳排放開(kāi)辟了道路。（記者張夢(mèng)然）
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