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隨著碳捕集技術的最新進展，燃燒后碳捕集正在成為幫助解決全球氣候變化危機的一個可行方案。但如何處理捕獲的碳仍然是一個懸而未決的問題。新型催化劑有可能提供一種解決方案，通過將其轉化為更有價值的產品來處理這種強效溫室氣體。

這項研究將發表在 5 月 3 日出版的《科學》雜志上。

這項研究的共同負責人、西北大學的 Milad Khoshooei 說："即使我們現在停止排放二氧化碳，由于過去幾個世紀的工業活動，我們大氣中的二氧化碳仍然會過剩。這個問題沒有單一的解決方案。我們需要減少二氧化碳的排放，并尋找新的方法來降低大氣中已經存在的二氧化碳濃度。我們應該利用所有可能的解決方案。"

該示意圖顯示了制造催化劑并用其轉化二氧化碳的全過程。資料來源：Milad Khoshooei

"我們不是第一個將二氧化碳轉化為另一種產品的研究小組，"該研究的資深作者、西北大學的 Omar K. Farha 說。"然而，要使這一工藝真正實用，催化劑必須滿足幾個關鍵標準：經濟性、穩定性、易生產性和可擴展性。平衡這四個要素是關鍵。幸運的是，我們的材料在滿足這些要求方面表現出色"。

法爾哈是碳捕集技術方面的專家，現任西北大學溫伯格文理學院查爾斯-莫里森（Charles E. and Emma H. Morrison）化學教授。Khoshooei 在加拿大卡爾加里大學攻讀博士學位時開始這項工作，現在是 Farha 實驗室的博士后研究員。

新型催化劑背后的秘密是碳化鉬，這是一種硬度極高的陶瓷材料。與許多其他需要昂貴金屬（如鉑或鈀）的催化劑不同，鉬是一種廉價、非貴重、地球上富集的金屬。

要將鉬轉化為碳化鉬，科學家們需要一種碳源。他們在一個意想不到的地方發現了廉價的選擇：儲藏室。令人驚訝的是，糖--幾乎家家戶戶都有的白色顆粒狀糖--成為了一種廉價、方便的碳原子來源。

Khoshooei 說："在我嘗試合成這些材料的每一天，我都會從家里帶糖到實驗室。與催化劑常用的其他類材料相比，我們的材料價格低廉得令人難以置信"。

在測試催化劑時，Farha、Khoshooei 和他們的合作者對催化劑的成功留下了深刻印象。催化劑在環境壓力和高溫（300-600攝氏度）條件下工作，以 100% 的選擇性將CO2轉化為 CO。

高選擇性意味著催化劑只對二氧化碳起作用，而不會破壞周圍的材料。換句話說，工業界可以將催化劑用于大量捕集氣體，并選擇性地只針對二氧化碳。此外，催化劑還具有長期穩定性，即保持活性，不會降解。

法爾哈說："在化學中，催化劑在幾個小時后失去選擇性并不罕見。但是，在苛刻的條件下使用 500 小時后，其選擇性并沒有改變。"

這一點尤其引人注目，因為二氧化碳是一種穩定而頑固的分子。

"轉化二氧化碳并不容易，"Khoshooei 說。"二氧化碳是一種化學性質穩定的分子，我們必須克服這種穩定性，而這需要大量的能量。"

開發碳捕集材料是法爾哈實驗室的主要工作。他的研究小組開發的金屬有機框架（MOFs）是一類高孔隙率的納米級材料，法爾哈將其比喻為"精密且可編程的洗浴綿"。法爾哈探索 MOFs 的各種應用，包括直接 從空氣中提取二氧化碳。

現在，法爾哈說，MOFs 和這種新型催化劑可以共同在碳捕集與封存中發揮作用。

法爾哈說："在某些時候，我們可以使用 MOF 捕獲二氧化碳，然后再使用催化劑將其轉化為更有益的物質。利用兩種不同材料進行兩個連續步驟的串聯系統可能是未來的發展方向"。

"這可以幫助我們回答'如何處理捕獲的二氧化碳'這一問題"。Khoshooei 補充道。"目前的計劃是將其封存在地下。但地下水庫必須滿足許多要求，才能安全、永久地儲存二氧化碳。我們希望設計一種更通用的解決方案，可以在任何地方使用，同時增加經濟價值。"