新技术可有效将二氧化碳变甲烷_风闻

美国《科学日报》网站2月2日报道

在许多国家，脱碳已经成为一项优先任务，科学界正在致力于“碳捕获”技术。二氧化碳是导致全球变暖的主要温室气体之一。如果二氧化碳能够转化为能源，那么在解决环境问题上将是一箭双雕的事。由香港城市大学牵头的一个联合研究团队研发出一种新的光催化剂，可以利用阳光有效地将二氧化碳转化为甲烷燃料。他们的研究显示，在反应过程的前8小时，所产生的甲烷数量接近翻了一番。

报道称，这项研究由香港城市大学能源与环境学院副教授吴永豪博士牵头，与澳大利亚、马来西亚和英国的研究人员合作进行。他们的研究成果最近发表在德国科学期刊《应用化学》上，论文标题为《金属有机骨架修饰氧化亚铜纳米线用于选择性光催化CO2还原为CH4》。吴永豪说：“受自然界光合作用的启发，我们新设计的太阳能催化剂可以有效地将二氧化碳转化为甲烷燃料，从而降低碳排放。此外，这种新的催化剂是由铜基材料制成的，材料供应充裕，因此价格可负担。”他解释说，利用光催化剂将二氧化碳转化为甲烷在热力学上具有挑战性，因为化学还原反应包括同步转移8个电子。在这一过程中更易产生对人类有害的一氧化碳，因为其只需要转移两个电子。他指出，在不同的研究中，研究人员使用半导体材料氧化亚铜作为光催化剂和电催化剂，将二氧化碳还原为一氧化碳和甲烷等其他化学产品。然而，该材料在还原反应中面临若干限制，包括稳定性较差和非选择性还原。从生成的混合物中分离和提纯甲烷极具挑战性，这给大规模应用造成了技术障碍。此外，氧化亚铜在短暂光照后极易受腐蚀，并转化成金属铜或氧化铜。

报道称，为了克服这些挑战，吴永豪及其团队合成了一种新的光催化物，他们将氧化亚铜包裹在铜基金属有机骨架中。利用这种新催化剂，研究小组可以控制电子的转移，并且选择性地产生纯甲烷气体。他们发现，与没有包裹金属有机骨架的氧化亚铜相比，在可见光的照射下，用金属有机骨架包裹的氧化亚铜能将二氧化碳稳定地转化为甲烷，而且产量几乎翻番。此外，用金属有机骨架包裹的氧化亚铜更耐用，其最大二氧化碳摄取量几乎是裸露的氧化亚铜的7倍。