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CO2（黑色和紅色）和氫分子（藍色）在釕基催化劑的幫助下發(fā)生反應(yīng)。在右邊，未涂層的催化劑產(chǎn)生最簡單的碳氫化合物甲烷。在左側(cè)，涂層催化劑產(chǎn)生更長鏈的碳氫化合物，如丁烷、丙烷和乙烷。圖片來源：陳榮治

美國研究人員近日發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上的最新論文中描述了他們發(fā)明的一種新催化劑，可通過增加化學(xué)反應(yīng)中長鏈碳氫化合物的產(chǎn)量來將CO2轉(zhuǎn)化為其他有用的化學(xué)品，例如丙烷、丁烷或其他由碳和氫長鏈組成的碳氫化合物燃料。

這種新催化劑由元素釕（一種屬于鉑族的稀有過渡金屬）組成，涂有一層薄薄的塑料。像任何催化劑一樣，這一發(fā)明加速了化學(xué)反應(yīng)，卻不會在過程中耗盡。釕還具有比其他高質(zhì)量催化劑（如鈀和鉑）便宜的優(yōu)勢。在相同條件下，新催化劑產(chǎn)生的丁烷，是標準催化劑在最大壓力下可產(chǎn)生的最長碳氫化合物的1000倍。

斯坦福大學(xué)化學(xué)工程師馬泰奧·卡涅羅團隊花了7年的時間來發(fā)現(xiàn)和完善這種新催化劑。新催化劑能從反應(yīng)中生產(chǎn)汽油的能力是一項突破?？_實驗室的反應(yīng)器只需更大的壓力來生產(chǎn)所有用于汽油的長鏈碳氫化合物，因此他們正在建造一個更高壓力的反應(yīng)器。

汽油在室溫下是液態(tài)的，因此比難以儲存并且容易揮發(fā)的短鏈兄弟，如甲烷、乙烷和丙烷，更容易處理。卡涅羅團隊設(shè)想了一個碳中和循環(huán)，其中CO2被收集、轉(zhuǎn)化為燃料再次燃燒，由此產(chǎn)生的二氧化碳重新開始循環(huán)。

研究人員解釋說，反應(yīng)性顯著提高的關(guān)鍵是釕上的多孔塑料層。未涂層的催化劑效果很好，但只會產(chǎn)生甲烷，這是最短鏈的碳氫化合物，它只有一個碳原子與四個氫鍵合。多孔聚合物控制碳氫比，使我們能夠從相同的反應(yīng)中產(chǎn)生更長的碳鏈。研究人員使用同步加速器技術(shù)證明了這種特殊且關(guān)鍵的相互作用。

卡涅羅承認，雖然長鏈碳氫化合物是捕獲碳的一種創(chuàng)新用途，但并不完美。他還在研究將CO2轉(zhuǎn)化為有價值工業(yè)化學(xué)品的其他催化劑和類似工藝，例如用于制造塑料的烯烴、甲醇和乙醇，所有這些都可在不將CO2“返回天空”的情況下隔離碳。

總編輯圈點

大氣中的CO2可以變?yōu)闃?gòu)成化石燃料的長鏈碳氫化合物嗎？當然可以，但需要自然界的光合作用和數(shù)百萬年地質(zhì)活動帶來的高熱和高壓?？茖W(xué)家不想等數(shù)百萬年的時間來合成化石燃料，于是，他們用化學(xué)領(lǐng)域的最新進展——催化劑，來完成“加速”。本文的新催化劑，能以前所未有的速度從二氧化碳中制造碳分子，在這一“魔法”過程中，廢棄的二氧化碳、大量的氫氣轉(zhuǎn)化為乙烷、丙烷、丁烷鏈。而所有的這些，都是燃料來源。