科技日報記者 張佳欣
來自英國諾丁漢大學和伯明翰大學的合作團隊研發出一種可持續催化劑。這種催化劑在使用過程中活性會增強，能將二氧化碳（CO2）轉化為高價值產品。這一成果為設計下一代電催化劑提供了新途徑。相關論文發表在10日的《ACS應用能源材料》期刊上。
CO2是全球變暖的主要推手。將CO2轉化為有用產品的傳統方法通常依賴化石燃料制氫，而電催化方法利用可持續能源（如光伏和風能）和豐富的水。
該催化劑以具有納米紋理結構的碳為載體，支撐錫微粒。在電催化過程中，對催化劑施加電壓會驅動電子穿過材料，與CO2和水發生反應，從而產生有價值的化合物。其中一種產物就是甲酸鹽，它廣泛用于合成聚合物、藥品、黏合劑等化學產品。為了獲得最佳效率，該過程必須在低電勢下運行，同時保持高電流密度和高選擇性，以確保有效利用電子將CO2轉化為所需產品。
研究人員測量了反應過程中CO2分子所消耗的電流，以評估催化劑性能。通常，催化劑在使用過程中會降解，導致活性降低。然而他們發現，在碳納米結構上，錫微粒的電流在48小時內持續增加，幾乎所有電子用于將CO2還原為甲酸鹽，生產率提高了3.6倍，同時保持了近100%的選擇性。
研究人員認為，這是由于錫被分解成小至3納米的顆粒。錫微粒與石墨化碳納米纖維之間存在相互作用，在電子從碳電極轉移到CO2分子中起到了關鍵作用，這是在外加電勢下將CO2轉化為甲酸鹽的關鍵步驟。電子顯微鏡觀察結果表明，更小的錫微粒與電極的納米紋理碳實現了更好的接觸，從而改善了電子傳輸，并將活性錫中心的數量增加了近10倍。
這些發現為設計電催化載體開辟了新途徑，通過精確控制催化劑與載體在納米尺度上的相互作用，大大提高了將CO2轉化為高價值產品的選擇性和穩定性。
