爱荷华州立大学艾姆斯国家实验室日前宣布了一种新型混合催化剂，可以在一个罐子里将二氧化碳转化为乙烯。这种新型混合催化剂是由来自艾姆斯国家实验室、爱荷华州立大学、弗吉尼亚大学和哥伦比亚大学的科学家们开发的。这种催化剂通过将二氧化碳回收作为高效乙烯生产的原料，支持世界净零排放碳倡议。
这个团队的报告论文日前已经发表在《美国化学学会杂志》上。
乙烯是一种作为大宗商品的化学制品，用于制造从塑料到防冻剂的各种产品。乙烯的大规模生产是能源密集型的，严重依赖化石资源。二氧化碳电催化制乙烯是一种很有前途的方法。这种新型混合催化剂只由地球上储量丰富的材料组成，如镍和铜，它们的化学反应所需的能量更少。
艾姆斯国家实验室的科学家齐龙（音译）解释了新型混合催化剂的工作原理。
原子分散的镍锚定在氮组装碳(NAC)上，在低电压和大电流下催化二氧化碳生成一氧化碳。这种新型混合催化剂在宽电压范围内有效，在更高电流下的有效性意味着更高的一氧化碳生产速率。
齐龙指出：“由于这种新型混合催化剂在非常宽的电压范围内保持活性，因此很容易与第二种催化剂耦合。所以我们使用第二种催化剂，这是一种铜纳米线，通过结合这两种催化剂，我们有一个非常具选择性的过程，在一个罐子里从二氧化碳到乙烯的效率高达60%。”
催化剂的另一个重要方面是它的结构。艾姆斯国家实验室科学家、爱荷华州立大学教授黄文宇(音译)指出，这种新型混合催化剂的多孔结构增强了其有效性。他说：“我们的催化剂具有有序的介孔结构，有利于传质。因为它是高度多孔的，你有一个非常大的表面积来暴露大量的镍的活性位点，这使得我们的催化剂在将二氧化碳转化为一氧化碳方面非常有效。”
黄文宇说，这项研究最令人兴奋的方面是团队如何结合两种催化剂来简化过程。他说：“我们基本上把两种最好的催化剂单独结合在一起，它们一起工作，所以我们可以在一个系统中把二氧化碳连接到一氧化碳以及把一氧化碳连接到乙烯的反应。”
齐龙强调了使用二氧化碳作为这种反应的原料的重要性，因为它解决了全球减少二氧化碳排放到大气中的需求。他解释说，这个过程可以使用从化学或工业过程中回收的二氧化碳，或者从空气捕获中回收的二氧化碳。齐龙说：“我们可以在没有任何贵金属的情况下做到这一点，只需镍、铜、碳和氮，就可以实现大规模的工业应用。”“此外，我们可能不再使用化石燃料来生产乙烯。”
看起来总有一天二氧化碳供应会出现竞争。这是另一个利用二氧化碳的突破性技术。早在去年12月，就有一篇关于废气捕集器用来制造乙烯的报道。
新闻稿中缺少的是氢气的来源。这篇论文的摘要提供了催化剂在碱性流动池中运行，这可能需要补水。
但如上所述，乙烯是一种作为大宗商品的化学制品，几乎在任何地方都有成千上万吨的用量。然而，多样化的供应看起来是一件好事。就目前而言，乙烯既不短缺，也不特别昂贵。看看什么才是真正具有经济竞争力并获得一些市场份额的产品，将是一件很有趣的事情。
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