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納米生物涂層將二氧化碳高效轉化為燃料
2026-04-23 09:25:05
來源:科技日報  作者: 劉霞

新加坡國立大學科學家在銅催化劑上涂覆了一層厚度僅2至5納米的生物聚合物薄膜,從而使二氧化碳轉化為乙烯等高價值燃料過程變得更加高效、環(huán)保。相關論文發(fā)表于新一期《自然·能源》雜志。

電化學二氧化碳還原,是指利用電能將二氧化碳轉化為富含碳的高附加值化學品或燃料(如乙醇、乙烯)的過程。它既是實現(xiàn)碳中和的關鍵技術,也有助于可再生能源的存儲。銅是目前最常見、最有效的催化劑。

然而,要讓銅主要生成多碳產物而非簡單的氫氣,必須精細調控催化劑表面的化學環(huán)境,通常需要添加Nafion等全氟和多氟烷基物質。但添加的這種物質是一種“永久性化學物質”,與免疫力下降、某些癌癥風險增加等健康問題相關。

最新研究證明,這些來自海鮮殼、木材等生物廢物的生物聚合物涂層通過一種截然不同的機制,達到了同樣效果。借助先進的光譜技術和計算模型,團隊發(fā)現(xiàn)涂層能將二氧化碳富集在催化劑表面,限制水的運動以抑制副反應,同時促進離子高效傳輸。這些因素共同抑制了氫氣的生成,轉而有利于乙烯、乙醇等高價值產物的形成。

團隊表示,這項研究不僅展示了改善電化學二氧化碳還原的新途徑,還表明,那些依賴永久性化學物質的技術,有望被來源于海鮮殼、昆蟲外骨骼、木材或枯葉的纖維素、甲殼素和殼聚糖所取代。

實驗結果顯示,采用新型纖維素涂層后,在1.6安培/平方厘米的電流密度下,多碳產物的產率高達95%;即使在2.2安培/平方厘米的高電流密度下(反應速度更快,但副產物氫氣也會增多),多碳產物的產率仍能保持在83%。這說明生物聚合物涂層在工業(yè)級苛刻條件下依然表現(xiàn)出色。

此外,生物聚合物完全可替代Nafion。按重量計算,優(yōu)質殼聚糖的價格僅為Nafion的千分之一。若將該技術規(guī)?;型蠓?jié)約成本。

編輯:韓夢晨
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