新型催化剂将CO2转化为汽油 效率提高1000倍

为了阻止温室气体效应，除了减少二氧化碳排放，还需要从发电厂的烟雾或空气中去除二氧化碳。据外媒报道，斯坦福大学（Stanford University）的研究人员致力于将二氧化碳（CO2）转化为其他有用的化学物质，如丙烷、丁烷或其他由碳和氢长链组成的碳氢燃料。

CO 2（黑色和红色）和氢分子（蓝色）在钌基催化剂的帮助下发生反应。在右边，未涂层的催化剂产生最简单的碳氢化合物——甲烷。在左侧，涂层催化剂产生更长链的碳氢化合物，如丁烷、丙烷和乙烷。（图片来源：斯坦福大学）

该校化学工程师Matteo Cargnello表示：“大体来说，可以制造汽油。为了捕获尽可能多的碳，需要制造最长链的碳氢化合物。有8-12个碳原子的链是最理想的。”
研究人员发明了一种新催化剂，通过在化学反应中增加长链碳氢化合物的产量，来实现这一目标。在相同的二氧化碳、氢、催化剂、压力、热量和时间条件下，其能产生比标准催化剂多1000倍的丁烷（这是在最大压力下能产生的最长碳氢化合物）。
这种新型催化剂由表面涂覆薄塑料层的钌元素组成。钌是一种稀有的过渡金属，属于铂族。与其他催化剂一样，这种催化剂能够加速化学反应，而不会在反应过程中被消耗掉。比起钯和铂等其他优质催化剂，钌的更本更低。
该团队花了七年时间来发现和完善这种新催化剂。问题在于，碳氢链越长，生产就越困难。碳与碳的结合需要加热和巨大的压力，这一过程既昂贵又耗能。Cargnello表示，考虑到这一点，这是一个突破。在其实验室的反应器中，只需要更高的压力，就可以生产汽油中的所有长链碳氢化合物。研究人员正在建造一个压力更高的反应器。
汽油在室温下是液态的，与甲烷、乙烷和丙烷等短链气体相比，更容易处理。甲烷、乙烷和丙烷等短链气体很难储存，而且容易泄漏。研究人员致力于利用所捕获的碳，来制造液体燃料。想象一下碳中性循环，二氧化碳被收集起来，转化为燃料，再次燃烧，所产生的二氧化碳则开始新的循环。

完善聚合物
显著提高反应性的关键在于钌上的多孔塑料层。Cargnello实验室的博士生Chengshuang Zhou通过研究和实验改进这种新涂层。Zhou表示，没有涂层的催化剂可以很好地工作，但只能产生甲烷。这是一种最短链的碳氢化合物，只有一个碳原子和四个氢，根本算不上是真正的链。“没有涂层的催化剂表面覆盖太多的氢，限制了碳与其他碳结合的能力。这种多孔聚合物可以控制碳氢比，使研究人员能够通过相同的反应生成更长的碳链。”
研究人员在SLAC国家实验室，与领导Co-Access的Simon Bare博士的团队合作，利用同步加速器技术演示了这种特殊、关键的相互作用。
制造长链碳氢化合物，是捕获碳的一种创新用途，但并不完美。研究人员还在探讨其他催化剂和类似工艺，以将二氧化碳转化为有价值的工业化学品，比如用于制造塑料、甲醇和乙醇的烯烃。Cargnello指出：“如果能从二氧化碳中提取烯烃来制造塑料，将其变成可长期储存的固体，将具有重要意义。”