打破多項世界紀(jì)錄！華科大新技術(shù)再登《自然》！|快播報

什么？二氧化碳可以制衣服？

還能制香水、做玩具？

你沒看錯——

(資料圖片僅供參考)

華中科技大學(xué)光電信息學(xué)院

龐元杰教授團(tuán)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(tuán)隊研究成果

于 5 月 3 日發(fā)表于

國際著名學(xué)術(shù)期刊《自然》

成果在多項指標(biāo)上

大幅打破了世界紀(jì)錄

醋酸，又名乙酸，是一種重要的有機(jī)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(tǒng)方法生產(chǎn)醋酸通常是采用化學(xué)合成或淀粉發(fā)酵法，用這些方法，每生產(chǎn) 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(chǎn)國，醋酸年產(chǎn)量超過 800 萬噸，給生態(tài)環(huán)境帶來了巨大壓力。" 我們團(tuán)隊一直致力于‘零碳’制造，不僅讓生產(chǎn)醋酸的過程中不產(chǎn)生二氧化碳，還能夠消耗二氧化碳制備醋酸，希望為實現(xiàn)‘雙碳’目標(biāo)貢獻(xiàn)一份科技力量。" 龐元杰說。

本文的理論計算，表明銅 - 銀稀釋合金催化劑表面更利于單齒型吸附的 *C=C=O 二碳基團(tuán)的生成，以及其需要更高的 CO 表面覆蓋度以保證碳 - 碳偶聯(lián)的高效發(fā)生。

銅 - 銀稀釋合金催化劑在高壓反應(yīng)裝置中取得的性能：在 10 個大氣壓工況的流式反應(yīng)池中，乙酸電合成選擇性可達(dá) 91%；在 10 個大氣壓工況的膜電極組件反應(yīng)池中，乙酸電合成選擇性可達(dá) 85% 并能在 80% 左右保持 820 小時以上。

為了實現(xiàn)夢想，龐元杰團(tuán)隊以醋酸為目標(biāo)產(chǎn)物，聯(lián)合多倫多大學(xué) E. H. Sargent 小組、武漢理工大學(xué)麥立強(qiáng)小組，通過電催化二氧化碳還原技術(shù)，實現(xiàn)了醋酸的 " 零碳 " 制造。研究成果 " 限制二碳吸附基團(tuán)構(gòu)象完成一氧化碳向乙酸鹽電還原 " 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(chǎn)物，并能夠連續(xù) 820 小時保持乙酸生成率 80% 以上，在選擇性、能量轉(zhuǎn)化效率、穩(wěn)定性上打破了現(xiàn)有世界紀(jì)錄。

圖為團(tuán)隊合影

電催化二氧化碳還原技術(shù)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(chǎn)單一高附加值產(chǎn)物卻是團(tuán)隊困擾已久的問題。電解水只可以獲得氧氣和氫氣，電解二氧化碳卻可以獲得 20 余種產(chǎn)物。" 為了穩(wěn)定醋酸的生成率，我們要解決的首要問題就是反應(yīng)裝置的設(shè)計與搭建，其次是催化劑的選擇。" 龐元杰表示，利用高壓裝置和催化劑上的創(chuàng)新，團(tuán)隊以電催化二氧化碳還原技術(shù)為基礎(chǔ)，采用 " 兩步法 " 二氧化碳還原途徑，穩(wěn)定住醋酸反應(yīng)路徑的關(guān)鍵中間基團(tuán)，最終高產(chǎn)率合成了醋酸。

利用該技術(shù)，不僅是醋酸這類羧酸類化學(xué)品，烴類、醇類等重要化學(xué)品也有望實現(xiàn) " 零碳 " 制造，讓二氧化碳在醫(yī)藥、燃料、化工原料的生產(chǎn)過程中得到更廣泛的應(yīng)用。該技術(shù)可以將太陽能發(fā)電板發(fā)出的電能轉(zhuǎn)換為便于儲存的燃料化學(xué)能，再將燃料化學(xué)能有序釋放，實時滿足生活和生產(chǎn)的各種用能需求。選用合適的催化劑還可以進(jìn)行乙醇（酒精）的生產(chǎn)，從而擺脫對以農(nóng)作物為原料生產(chǎn)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(yīng)用于清潔能源。