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韓國光州科學技術(shù)研究院 (GIST) 的研究人員開發(fā)出一種新穎的電化學方法，通過獨特的催化途徑將二氧化碳轉(zhuǎn)化為烯丙醇，創(chuàng)下了二氧化碳轉(zhuǎn)化效率的全球新高。圖片來源：Jaeyoung Lee 教授

近日，韓國光州科學技術(shù)研究院（GIST）的科學家團隊在Jaeyoung Lee教授、Minjun Choi博士和Sooan Bae博士的帶領(lǐng)下，在該領(lǐng)域取得了重大突破。

他們提出的二氧化碳轉(zhuǎn)化為酒精的新方法將卓越的效率與大規(guī)模生產(chǎn)能力相結(jié)合，創(chuàng)造了全球性能紀錄。他們的研究發(fā)表在《自然-催化》雜志上，揭示了一種將二氧化碳轉(zhuǎn)化為“烯丙醇”的電化學技術(shù)。烯丙醇是一種具有多種工業(yè)應用價值的高價值化合物。

二氧化碳電化學還原技術(shù)是碳中和時代的關(guān)鍵技術(shù)，可以將二氧化碳（全球變暖的罪魁禍首）轉(zhuǎn)化為有用的物質(zhì)。然而，選擇性地生產(chǎn)含有三個或三個以上碳原子的高附加值化合物（例如烯丙醇）面臨著諸多挑戰(zhàn)。首先，目前的方法法拉第效率非常低——實際使用的電能中只有不到15%用于生產(chǎn)所需的化合物，其余的都被浪費了。其次，反應路徑復雜，中間體穩(wěn)定性低，也加劇了該工藝的低效率。

李教授解釋說： “烯丙醇 (C3H6O )是一種非常有用的物質(zhì)，可用于各種化學反應。但由于碳-碳 (C-C) 鍵的形成過程復雜，且反應中間體的穩(wěn)定性較低，因此很難以液態(tài)生產(chǎn)這些高附加值的化合物。”

研究人員開發(fā)的技術(shù)令人矚目。團隊將磷化銅（CuP?）與鎳鐵（NiFe）氧化催化劑整合到膜電極組件中，從而制備出一種富磷銅催化劑。在電化學裝置中使用該催化劑，法拉第效率達到66.9%，比目前最佳技術(shù)（

此外，該技術(shù)還記錄了735.4 mA cm−2的部分電流密度和1643 μmol cm−2h−1的生產(chǎn)速率，同時電極單位面積可施加1100 mA cm−2的電流。這些指標代表了迄今為止已報道的最高性能，也凸顯了其大規(guī)模應用的潛力。

由于烯丙醇是塑料、粘合劑、消毒劑和香料等各個行業(yè)的重要原材料，這項技術(shù)可能會改變其大規(guī)模生產(chǎn)。

此外，該方法的機理也獨具特色。傳統(tǒng)方法通過一氧化碳途徑進行，而該方法揭示了一條新的反應路徑，即在甲酸酯轉(zhuǎn)化為甲醛的中間體基團過程中形成了碳-碳（C-C）鍵。這種機理直接生成液體，更易于儲存和運輸，大大提升了產(chǎn)品的商業(yè)價值。

該技術(shù)標志著碳中和時代的突破，有望通過選擇性地將僅含有一個碳原子的CO2轉(zhuǎn)化為含有三個或三個以上碳原子的多碳高附加值化合物（C3 +）烯丙醇，為經(jīng)濟型電化學碳捕獲與利用技術(shù)開辟新途徑。

李教授強調(diào)： “這項二氧化碳轉(zhuǎn)化技術(shù)有望為面臨日益增長的排放壓力的煤炭、石化和鋼鐵行業(yè)開辟新的商業(yè)方向。我們認為，這是通過可擴展的科學技術(shù)邁向碳中和時代的關(guān)鍵一步。”

通過將研究重點從傳統(tǒng)的C1和C2目標轉(zhuǎn)移到其他目標，該研究將二氧化碳增值的范圍拓展到更復雜、價值更高的分子。Choi博士澄清說，雖然該方法前景廣闊，但進一步集成到連續(xù)流和零間隙膜電極組裝系統(tǒng)中，或許能夠?qū)崿F(xiàn)利用二氧化碳進行液體燃料和化學前體的可擴展、可持續(xù)生產(chǎn)——這將顯著減少對化石燃料的依賴，并為更綠色的未來鋪平道路。

編譯自/scitechdaily