发现揭示了利用二氧化碳生产乙醇的新途径

在《能源与环境科学》杂志发表的一项研究中，弗里茨哈伯研究所界面科学系的研究人员介绍了一种将温室气体二氧化碳 (CO 2 ) 转化为可持续燃料乙醇的新方法。这一重大进展可能为更环保、更经济的化石燃料替代品铺平道路。

这篇题为“时间分辨操作洞察脉冲 CO2 电还原过程中 Cu-Zn 纳米立方体的可调选择性”的文章揭示了该团队如何成功地利用铜和氧化锌的组合来促进CO2催化还原为乙醇。

传统上，该工艺仅依赖于在固定反应条件下运行的铜基催化剂，而这无法确保乙醇的最佳选择性。众所周知，脉冲 CO 2 RR 可以改变这一现状，但尽管这是一种有前途的方法，但由于反应条件要求更高，催化剂可能会出现稳定性问题，这对其性能不利。

这项新研究强调了使用脉冲电化学 CO 2还原 (CO 2 RR) 技术的好处。此外，研究小组发现，通过在氧化铜纳米立方体中添加氧化锌外壳，可以增加乙醇的产量，同时最大限度地减少氢气等不需要的副产品。与纯铜催化剂相比，在乙醇生产方面尤其有可能实现类似(甚至更优)的结果，但反应条件要求明显较低。

过去，人们发现脉冲式 CO 2还原中催化剂的氧化过程会导致 Cu 原子在液体介质(电解质)中发生氧化溶解而损失，从而随着时间的推移降低其有效性。相反，本研究发现，通过在铜纳米立方体上沉积氧化锌涂层，可以设计出更耐用的电催化剂。使用新催化剂，主要氧化的是锌成分，而不氧化铜，从而保持催化剂的完整性和效率。

因此，这种创新方法在针对生成醇类产品而优化的动态反应条件下延长了催化剂本身的寿命。优化催化材料所需的结构和成分详细信息是通过原位拉曼光谱法获得的，这是一种灵敏度极高的方法，可用于检测吸附的反应中间体。

这一发现不仅支持了金属氧化态在反应中起着关键作用以及活性反应物是在催化过程中产生的假设，而且还展示了一种提高二氧化碳还原为乙醇的选择性和效率的潜在方法。它代表了寻求可持续能源解决方案的重要一步，同时为绿色且经济高效地从二氧化碳中生产乙醇和其他燃料提供了一条有希望的途径。