“共建命运相通的美好未来”
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2022-02-16
科技日报北京2月14日电 （记者张梦然）美国研究人员近日发表在《美国国家科学院院刊》上的最新论文中描述了他们发明的一种新催化剂，可通过增加化学反应中长链碳氢化合物的产量来将CO2转化为其他有用的化学品，例如丙烷、丁烷或其他由碳和氢长链组成的碳氢化合物燃料。
这种新催化剂由元素钌（一种属于铂族的稀有过渡金属）组成，涂有一层薄薄的塑料。像任何催化剂一样，这一发明加速了化学反应，却不会在过程中耗尽。钌还具有比其他高质量催化剂（如钯和铂）便宜的优势。在相同条件下，新催化剂产生的丁烷，是标准催化剂在最大压力下可产生的最长碳氢化合物的1000倍。
斯坦福大学化学工程师马泰奥·卡涅罗团队花了7年的时间来发现和完善这种新催化剂。新催化剂能从反应中生产汽油的能力是一项突破。卡涅罗实验室的反应器只需更大的压力来生产所有用于汽油的长链碳氢化合物，因此他们正在建造一个更高压力的反应器。
汽油在室温下是液态的，因此比难以储存并且容易挥发的短链兄弟，如甲烷、乙烷和丙烷，更容易处理。卡涅罗团队设想了一个碳中和循环，其中CO2被收集、转化为燃料再次燃烧，由此产生的二氧化碳重新开始循环。
研究人员解释说，反应性显著提高的关键是钌上的多孔塑料层。未涂层的催化剂效果很好，但只会产生甲烷，这是最短链的碳氢化合物，它只有一个碳原子与四个氢键合。多孔聚合物控制碳氢比，使我们能够从相同的反应中产生更长的碳链。研究人员使用同步加速器技术证明了这种特殊且关键的相互作用。
卡涅罗承认，虽然长链碳氢化合物是捕获碳的一种创新用途，但并不完美。他还在研究将CO2转化为有价值工业化学品的其他催化剂和类似工艺，例如用于制造塑料的烯烃、甲醇和乙醇，所有这些都可在不将CO2“返回天空”的情况下隔离碳。
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大气中的CO2可以变为构成化石燃料的长链碳氢化合物吗？当然可以，但需要自然界的光合作用和数百万年地质活动带来的高热和高压。科学家不想等数百万年的时间来合成化石燃料，于是，他们用化学领域的最新进展——催化剂，来完成“加速”。本文的新催化剂，能以前所未有的速度从二氧化碳中制造碳分子，在这一“魔法”过程中，废弃的二氧化碳、大量的氢气转化为乙烷、丙烷、丁烷链。而所有的这些，都是燃料来源。
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