陈 刚 刘雪茹 范 千 本报记者 吴纯新
二氧化碳能做衣服、制香水，还能做成乐高玩具？科技改变世界的能力，超乎人们的想象。5月3日，《自然》杂志发表了我国科研团队的一项研究成果论文。该研究实现了以二氧化碳为原料高效制备乙酸，找到了一条乙酸绿色生产的新路径，或将使“零碳”制造的梦想变为现实。
新型催化剂破解难题
上述论文作者之一、武汉理工大学材料科学与工程学院教授麦立强介绍，他所在的团队联合庞元杰教授团队、多伦多大学研究团队的最新研究，利用低品阶的可再生电能，通过二氧化碳催化电解手段，将二氧化碳转化为高附加值的碳基燃料或化学品。
二氧化碳的还原产物比较复杂，在以往的研究中，将二氧化碳电还原至一氧化碳较为简单。然而，将二氧化碳还原成乙酸等碳二化合物较为困难。为了解决这一难题，研究团队从二氧化碳电还原至碳二化合物的关键中间体——一氧化碳入手，攻克了一氧化碳还原至碳二化合物的难题，进而解决了以二氧化碳为原料制备乙酸等碳二化合物的技术问题。
这项成果对可再生能源的转换、存储及缓解气候变暖至关重要。在本项研究中，我国科研团队使用新型铜—银稀释合金催化剂，可在高压强反应条件下，利用电能将一氧化碳高效还原为乙酸。其反应最高选择性达91%，已和二氧化碳转为一氧化碳的电还原选择性相仿，实现了可再生能源的转换与存储。
经济技术可行性分析表明，该技术在未来应用前景广阔。这项研究证实了二氧化碳电还原技术在分布式清洁能源存储方面的应用潜力及使用二氧化碳电催化转化技术进行碳基化学品绿色合成的可行性。
多项指标打破世界纪录
乙酸又名醋酸，作为一种重要的有机化工原料，乙酸在制造化纤衣物、香水香氛、塑料加工品等产品中应用广泛。
“以前，人们通常采用化学合成或淀粉发酵法等传统方法生产乙酸，用这些方法，每生产1千克乙酸会排放约1.6千克二氧化碳。”上述论文作者之一、华中科技大学光电信息学院教授庞元杰表示，我国作为世界第一大乙酸生产国，乙酸年产量超800万吨，生产过程中排放的二氧化碳给生态环境带来了巨大压力。
庞元杰说，他所在的团队致力于“零碳”制造——不仅要让生产乙酸的过程不产生二氧化碳，还能消耗二氧化碳制备乙酸，为实现“双碳”目标贡献科技力量。上述研究成果显示，该实验以二氧化碳和水为原料，可生成乙酸这一主要产物，并能连续820小时让乙酸生成率保持在80%以上，在选择性、能量转化效率、稳定性上打破了现有世界纪录。
电催化二氧化碳还原技术是一种极具潜力的清洁能源存储手段。但在电解过程中，如何高选择性、高速地生产单一高附加值产物却是困扰研究团队已久的问题。电解水只可获得氧气和氢气，电解二氧化碳却可获得20余种产物。
“为稳定乙酸的生成率，首先要解决的是反应装置设计与搭建的问题，其次是催化剂的选择。”庞元杰说，利用高压装置和催化剂的创新，团队以电催化二氧化碳还原技术为基础，采用两步法二氧化碳还原途径，稳定住乙酸反应路径的关键中间基团，最终高产率地合成了乙酸。
利用该技术，除了乙酸这类羧酸类化学品，烃类、醇类等重要化学品也有望实现“零碳”制造。二氧化碳得以更广泛地应用在医药、燃料、化工原料的生产过程中。
该技术还可将太阳能发电板的电能转换为便于储存的燃料化学能，再将燃料化学能有序释放，满足生活和生产的各种用能需求。
