从大气中捕获碳的技术正在不断进步，但一旦碳被捕获，如何处理这些碳却成了令科学家们头疼的问题。而一组来自美国的科学家近期在这方面取得了突破。

近期，美国莱斯大学、以材料科学家Pulickel Ajayan为首的研究团队开发了一种方法，从二氧化碳中提取碳，并将其附着在氢原子上，形成甲烷——一种有价值的燃料和工业原料。最新研究成果已于近期发表在了《先进材料》杂志上。

据称，该方法依赖于电解和催化剂，这些催化剂是通过在二维聚合物模板上“接枝分离”的铜原子而开发的。

研究人员解释称，“电力驱动的二氧化碳转化可以通过不同的途径产生大量的工业燃料和原料。然而，二氧化碳到甲烷的转化需要八个步骤，这就产生了重大挑战。”

“克服这些问题，就可以在有意义的规模体量上关闭人工碳循环，而开发高效且价格合理的催化剂是实现这一目标的关键一步。”他们补充说。

这种聚合物模板由碳原子和氮原子交替组成，上面有微小的孔，铜原子可以在孔中以不同的距离相互容纳。催化剂在室温下在水中实现置换，铜原子取代聚合物模板中的主金属离子。当在反应器中进行测试时，一半可将二氧化碳还原为甲烷，而另一半则由水产生氧气。

“我们发现调节铜原子之间的距离降低了关键反应步骤所需的能量，从而加快了化学转化，”研究人员说。“附近铜原子的这种协同作用有助于以非常高的选择性和效率产生甲烷。”

据称，他们开发了迄今为止已知的最快速、最有效的、基于电解的二氧化碳转化为甲烷的催化剂之一，有助于在基础科学和性能水平方面共同推进转化过程。

研究人员们说，“如果系统级的能源和碳转换效率能够得到解决，像这样廉价高效的材料将有助于催化电化学二氧化碳还原技术的工业转化。”

Ajayan补充道，“设计和开发新型催化剂是我们面临的能源和可持续性挑战的核心。单原子分散催化剂在这方面提供了一种令人兴奋的方法。”

编辑/范辉