華中科大“零碳”制造技術打破多項世界紀錄

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中國教育報-中國教育新聞網訊（記者 程墨 通訊員 劉雪茹 范千）二氧化碳能制衣服？還能制香水？華中科技大學光電信息學院龐元杰教授團隊歷時4年，以二氧化碳為原料高效制備醋酸，揭開了“零碳”制造夢想的一角。團隊研究成果在多項指標上打破了世界紀錄，并于5月3日在《自然》發表。

醋酸，又名乙酸，是一種重要的有機化工原料，制造化纖衣物、香水香氛、塑料加工品等都需要大量使用醋酸這一原料。“傳統方法生產醋酸通常是采用化學合成或淀粉發酵法，用這些方法，每生產1千克醋酸會排放約1.6千克二氧化碳。”我國作為全世界第一大醋酸生產國，醋酸年產量超過800萬噸，給生態環境帶來了巨大壓力。“我們團隊一直致力于‘零碳’制造，希望為實現‘雙碳’目標貢獻一份科技力量。”

為了實現夢想，龐元杰教授團隊以醋酸為目標產物，聯合多倫多大學E.H.Sargent小組、武漢理工大學麥立強小組，通過電催化二氧化碳還原技術，實現了醋酸的“零碳”制造。研究成果顯示，該實驗使用二氧化碳和水為原料，生成乙酸這一種主要產物，并能夠連續820小時保持乙酸生成率80%以上，在選擇性、能量轉化效率、穩定性上打破了世界紀錄。

電催化二氧化碳還原技術是一種極具潛力的清潔能源存儲手段。但是在電解過程中，如何高選擇性、高速地生產單一高附加值產物卻是團隊困擾已久的問題。龐元杰表示，利用高壓裝置和催化劑上的創新，團隊以電催化二氧化碳還原技術為基礎，采用“兩步法”二氧化碳還原途徑，穩定住醋酸反應路徑的關鍵中間基團，最終高產率合成了醋酸。

依托于該技術，不僅是醋酸這類羧酸類化學品，烴類、醇類等重要化學品也有望實現“零碳”制造，也能讓二氧化碳在醫藥、燃料、化工原料的生產過程中得到更廣泛的應用。該技術可以將太陽能發電板發出的電能轉換為便于儲存的燃料化學能，再將燃料化學能有序釋放，實時滿足生活和生產的各種用能需求。選用合適的催化劑還可以進行乙醇（酒精）的生產，從而擺脫對以農作物為原料生產乙醇的依賴，減少對土地和糧食的資源消耗，使乙醇能夠更大范圍地應用于清潔能源。