萊斯大學(xué)化學(xué)與生物分子王浩天實(shí)驗(yàn)室（音譯）和一個(gè)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)共同開發(fā)了一個(gè)催化反應(yīng)器，它可以以二氧化碳為原料，生產(chǎn)純化濃度的甲酸。按照現(xiàn)有的條件用傳統(tǒng)方法生產(chǎn)甲酸的成本很高，需要大量能源。

萊斯大學(xué)的研究人員創(chuàng)造的這個(gè)系統(tǒng)將有助于推動(dòng)二氧化碳轉(zhuǎn)化技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用。甲酸是一種能量載體。它是一種燃料電池燃料，可以發(fā)電和排放二氧化碳，還可以再次進(jìn)行回收利用。它對(duì)于化學(xué)工程行業(yè)也很重要，可以作為其他化學(xué)物質(zhì)的原料。另外它還是一種氫氣儲(chǔ)存材料，能夠容納相同體積氫氣的近1000倍的能量。氫氣本身很難壓縮，這對(duì)氫燃料電池汽車來說是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。所以如果能夠大規(guī)模地把二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲酸，無疑該技術(shù)無疑具有相當(dāng)大的推廣價(jià)值。

王浩天今年1月加入了萊斯大學(xué)布朗工程學(xué)院，這個(gè)新系統(tǒng)是王浩天實(shí)驗(yàn)室和萊斯大學(xué)布朗工程學(xué)院團(tuán)隊(duì)的共同成果，他們致力于尋找可以將溫室氣體轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的有用技術(shù)。通過應(yīng)用這項(xiàng)新技術(shù)，該團(tuán)隊(duì)能夠達(dá)到大約42%的能量轉(zhuǎn)換效率，這意味著近一半的電能可以以液態(tài)燃料的形式儲(chǔ)存在甲酸中。

這張示意圖展示了萊斯大學(xué)的研究人員為將二氧化碳轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的燃料而開發(fā)的電解槽。左邊是一種催化劑，它針對(duì)二氧化碳并將其還原為帶負(fù)電荷的甲酸鹽，將其通過氣體擴(kuò)散層(GDL)和陰離子交換膜(AEM)引入中心電解質(zhì)中。在右邊，氧發(fā)生反應(yīng)(OER)催化劑從水中產(chǎn)生正質(zhì)子，并將其通過陽離子交換膜(CEM)。離子重新結(jié)合成甲酸或其他產(chǎn)品，通過去離子化(DI)水和氣體將其帶出系統(tǒng)。

該研究的主要作者萊斯大學(xué)博士后夏川（音譯）在《自然能源》發(fā)表文章說，他們研制開發(fā)了二維鉍催化劑和固態(tài)電解質(zhì)，不需要鹽就可以進(jìn)行反應(yīng)，使得溫室氣體的轉(zhuǎn)化更環(huán)保。 一旦這個(gè)過程完善，科學(xué)家們就會(huì)與布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室合作，觀察正在進(jìn)行的過程。X射線吸收光譜是國(guó)家同步加速器光源II布魯克海文實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用在內(nèi)殼光譜（ISS）光束線上的一種強(qiáng)大技術(shù)，它使得研究人員能夠在操作過程中，也就是實(shí)際化學(xué)過程中探測(cè)電催化劑的電子結(jié)構(gòu) ，在這項(xiàng)研究中，研究人員跟蹤了鉍在不同電位下的氧化態(tài)，從而能夠識(shí)別催化劑在二氧化碳還原過程中的活性狀態(tài)。

這項(xiàng)發(fā)明背后的科學(xué)家們希望，它將成為一種有效且經(jīng)濟(jì)的方式，可以重復(fù)利用溫室氣體，并使其遠(yuǎn)離大氣。該實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)在能夠連續(xù)生產(chǎn)甲酸100個(gè)小時(shí)，幾乎不會(huì)降解反應(yīng)器的組件。科學(xué)家們認(rèn)為他們的發(fā)明對(duì)環(huán)境友好有著更大的影響。總的來說，二氧化碳的減少對(duì)于全球變暖的影響以及綠色化學(xué)合成都是非常重要的。如果采用太陽或風(fēng)能等可再生資源來獲取電力，就可以創(chuàng)造一個(gè)循環(huán)，在不排放更多二氧化碳的情況下，將二氧化碳轉(zhuǎn)化為某種重要的東西。