研究人員通過可再生電力驅(qū)動(dòng)電解槽加工純液體燃料，以環(huán)保有效的方式再利用溫室氣體。據(jù)外媒報(bào)道，萊斯大學(xué)化學(xué)與生物分子工程師HaotianWang試驗(yàn)團(tuán)隊(duì)開發(fā)的催化反應(yīng)器，以二氧化碳為原料，加工高度純化和高濃度甲酸，可作為燃料動(dòng)力電池燃料，用來供應(yīng)電力，所排放的二氧化碳可以再次回收利用。

Wang說，用傳統(tǒng)的二氧化碳裝置加工甲酸，其凈化過程成本昂貴且耗能高。筆直加工純甲酸溶液，可推動(dòng)二氧化碳轉(zhuǎn)化技術(shù)的商業(yè)化。

Wang的團(tuán)隊(duì)致力于研發(fā)新技術(shù)，將溫室氣體轉(zhuǎn)化為有用產(chǎn)品。在試驗(yàn)過程中，新型電催化劑的能量轉(zhuǎn)換率達(dá)到42%左右，這意味著近一半的電能以液態(tài)燃料的形式儲(chǔ)存在甲酸中。

他說:“它也是化學(xué)工程行業(yè)的基礎(chǔ)。作為其他化學(xué)品的原料，以及氫氣的儲(chǔ)存材料，甲酸能夠容納的能量，幾乎是同等體積氫氣1000倍。而且，氫氣很難壓縮，這是目前氫燃料動(dòng)力電池汽車面對(duì)的一大挑戰(zhàn)。”

萊斯大學(xué)博士后研究員ChuanXia說，他們?cè)趦煞矫嫒〉眠M(jìn)展，促使新設(shè)備的研發(fā)。第一是他開發(fā)出堅(jiān)固的二維鉍催化劑，第二是固態(tài)電解質(zhì)，在反應(yīng)過程中不要鹽。

“與銅、鐵或鈷等過渡金屬相比，鉍是一種非常重的原子。”Wang說，“它的遷移率很低，尤其是在反應(yīng)條件下，這樣就可以使催化劑處于穩(wěn)定狀態(tài)。”另外，他指出，反應(yīng)器的構(gòu)造可以戒備水接觸催化劑，有助于保護(hù)催化劑。

這種納米材料可以通過新辦法批量加工。Xia說：“目前，人們加工的催化劑是按毫克或克計(jì)的。采用我們開發(fā)的辦法，可以使產(chǎn)量新增至千克以上，更容易使用至工業(yè)范疇。”

該固體電解質(zhì)以聚合物為基礎(chǔ)，外面覆以磺酸配體進(jìn)行正電荷傳導(dǎo)，或覆以氨基官能團(tuán)傳導(dǎo)負(fù)離子。Wang說:“在鹽水等傳統(tǒng)液體電解質(zhì)中，人們通常會(huì)減少二氧化碳。但是，純水電解質(zhì)的電阻太大，影響導(dǎo)電。添加氯化鈉或碳酸氫鉀等鹽類后，離子才能在水中自由移動(dòng)。”

“然而，用這種辦法萌生的甲酸，會(huì)和鹽混合。”他說，“在大多數(shù)使用中，你非得從最終產(chǎn)品中除去鹽，這樣做會(huì)提高能耗和成本。因此，我們使用固體電解質(zhì)來傳導(dǎo)質(zhì)子，這種電解質(zhì)可以用不溶性聚合物或無機(jī)化合物制造，不要鹽。”

水流經(jīng)過產(chǎn)物室的速度決定了溶液濃度。在當(dāng)前設(shè)置下，水的流速較慢，依據(jù)重量計(jì)算，能夠萌生約為30%的甲酸溶液可以通過調(diào)整流速來改變濃度。研究人員希望，下一代反應(yīng)器的產(chǎn)物濃度更高，而且準(zhǔn)許氣體流動(dòng)，能夠萌生純甲酸蒸汽。

萊斯試驗(yàn)室與布魯克海文國家試驗(yàn)室合作觀察這一過程。“X射線吸收光譜是一種強(qiáng)大的技術(shù)，可在布魯克海文試驗(yàn)室國家同步加速器光源II的內(nèi)殼光譜（ISS）波束線上獲取。我們可以在操作過程中（即實(shí)際的化學(xué)過程中）檢測(cè)電催化劑的電子結(jié)構(gòu)。”該研究的合著者之一、國際空間站首席束線科學(xué)家EliStavitski表示，“在這項(xiàng)研究中，我們跟蹤鉍在不同電位下的氧化狀態(tài)，并且能夠鑒別催化劑在二氧化碳還原過程中的活性狀態(tài)。”

該試驗(yàn)室利用現(xiàn)有反應(yīng)器，能夠持續(xù)100小時(shí)加工甲酸，反應(yīng)器組分（包括納米級(jí)催化劑）的降解忽略不計(jì)。Wang表示，該反應(yīng)器還可以進(jìn)行改良，用以加工諸如乙酸、乙醇或丙醇等高價(jià)值產(chǎn)品。

Wang表示：“總的來說，關(guān)于改善全球變暖以及綠色化學(xué)合成，減少二氧化碳排放都是非常緊要的。假如利用太陽或風(fēng)能等可再生資源萌生的電力，我們就可以創(chuàng)造一個(gè)循環(huán)過程，在不新增二氧化碳排放的情況下，將二氧化碳轉(zhuǎn)化為某種緊要的東西。”