美國能源部布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室和哥倫比亞大學(xué)研究人員聯(lián)合開發(fā)了一種耦合電化學(xué)和熱化學(xué)反應(yīng)的新策略，可將強(qiáng)效溫室氣體二氧化碳（CO2）轉(zhuǎn)化為碳納米纖維。這些材料具有廣泛的獨(dú)特性能和許多潛在的長期用途。研究人員在《自然·催化》雜志上描述，新方法可在相對(duì)較低的溫度和環(huán)境壓力下進(jìn)行，成功地將碳鎖定在固體形態(tài)的物質(zhì)中，以抵消碳排放甚至實(shí)現(xiàn)負(fù)碳排放。
研究人員表示，將碳納米纖維放入水泥中，可使碳在混凝土中鎖定至少50年。該過程同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生氫氣。
新工作的特別之處在于，試圖將CO2轉(zhuǎn)化為具有附加值且堅(jiān)實(shí)的固體碳材料。這種固體碳材料含有尺寸為十億分之一米的碳納米管和納米纖維，具有許多吸引人的特性，包括強(qiáng)度、導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性。但是，從CO2中提取碳并使其組成精細(xì)的結(jié)構(gòu)并不是一件簡單的事情。
研究人員為此開發(fā)了串聯(lián)兩步法。該方法將反應(yīng)分解為多個(gè)階段，用兩種不同類型的催化劑，使分子更容易聚集在一起并作出反應(yīng)。
團(tuán)隊(duì)首先用一種由碳負(fù)載的鈀制成的電催化劑，將CO2和水分解成一氧化碳和氫氣。接著團(tuán)隊(duì)轉(zhuǎn)向了一種由鐵鈷合金制成的熱活化催化劑。它在400℃左右的溫度下工作，比直接將CO2轉(zhuǎn)化為碳納米纖維所需的溫度要溫和得多。通過電催化和熱催化的耦合，團(tuán)隊(duì)使用這種串聯(lián)過程實(shí)現(xiàn)了單獨(dú)使用任何一個(gè)過程都無法實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。
研究人員稱，這種催化劑回收的便利性、催化劑的商業(yè)可用性以及第二反應(yīng)相對(duì)溫和的反應(yīng)條件，有助于降低與該過程相關(guān)的能源成本。如果這些過程由可再生能源驅(qū)動(dòng)，其結(jié)果將是真正的負(fù)碳排放，可為緩解CO2的排放效應(yīng)開辟新途徑。
