该系统在室温和常压下运行。
耶鲁大学的科学家开发出一种系统，将等离子体与电力结合，把二氧化碳（CO2）转化为有价值的化学品，包括甲醇和丁烷。
这项研究由耶鲁大学化学与环境工程助理教授莉娅·温特（Lea Winter）博士开展。在该项目中，温特和她的团队尝试将等离子体与电催化耦合。
等离子体常被称为继固态、液态和气态之后的第四种物质状态。它是一种高度激发的气体，其中电子已从原子中剥离，从而产生带电粒子。
温特说，这种方法可以将CO2转化为燃料、药物、溶剂以及其他通常由化石燃料制成的化学品。她补充说：“我们用这种方法生成的那类多碳产物，对许多化学工业都非常有用。”它还可以生产可持续航空燃料的前体化学品。
分解二氧化碳
虽然二氧化碳储量丰富，但它尚未被广泛用于生产有价值的产品。这是因为CO2是一种高度稳定且惰性的分子，若不消耗大量能量，就很难将其转化为有用的东西。
电催化是一种有前景的解决方案。它利用电力和催化剂驱动化学反应，将CO2转化为其他化合物。不过，电催化本身通常只能产生相对有限的一系列简单碳产物。
就在这时，耶鲁团队想到将电催化与含有高能电子的等离子体结合。这些电子在CO2分子到达电催化剂之前激发它们并削弱其化学键。然后，催化剂可以利用这些活化物种形成不同产物。
温特说，等离子体开辟了电催化自身无法进入的化学路径。然而，这些等离子体-电化学过程通常依赖水界面，这可能限制其有效性。
当等离子体活化CO2气体时，水可能在最活泼的等离子体物种到达电催化剂之前就将其猝灭并中和。温特补充说：“一直以来，如何以能让我们真正看到等离子体效应——让这些被等离子体激发的物种参与催化反应——的方式，有效地将等离子体与催化剂耦合，都是一个挑战。”
克服局限
为了解决这个问题，科学家们提出了一种三相界面，将气、液、固组分结合在一起。它同时防止等离子体直接与水相互作用。
该系统依赖一种气体扩散电极，这是一种由与不粘炊具相同类型材料制成的膜。它部分涂有一层薄铜，作为电催化剂。
其孔隙足够大，使等离子体粒子能够穿过到达电催化剂层，与水中的质子相遇，并驱动化学反应。
据科学家称，对于有价值的醇类以及三碳和四碳产物，该方法实现了迄今最高的一些产率。这些产物可用于液体燃料、药物和其他有价值的产品。
团队接下来将优化催化剂，并试验替代材料。该系统还在室温和常压下运行，这可能使其更容易商业化。
温特在新闻稿中总结道：“而且这是一种‘交钥匙’式工艺。你可以根据是否有电力随时开启或关闭它。它还可以直接使用间歇性可再生电力运行，因此我们可能会看到对现有工厂进行改造，这样就不需要围绕它建造一座全新的工厂。”
该研究已发表在《自然·催化》期刊上。
如果朋友们喜欢，敬请关注“知新了了”！
热门跟贴