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湖北日報(bào)訊（記者文俊、通訊員陳剛、謝小琴）5月3日，武漢理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院麥立強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)及其合作者最新研究成果“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”（Constrained C2 adsorbate orientation enables CO-to-acetate electroreduction）在《自然》（Nature）發(fā)表。麥立強(qiáng)教授、華中科技大學(xué)龐元杰教授和多倫多大學(xué)E. H. Sargent教授為論文通訊作者，武漢理工大學(xué)博士后張維為論文共同作者。

實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”和“碳中和”不僅是我國可持續(xù)發(fā)展和高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)在要求，也是推動構(gòu)建人類命運(yùn)共同體的必然選擇。利用低品階的可再生電能，通過二氧化碳催化電解手段，將二氧化碳轉(zhuǎn)化為高附加值的碳基燃料或化學(xué)品，對可再生能源的轉(zhuǎn)換與存儲以及緩解氣候變化都至關(guān)重要，具有極其重要的戰(zhàn)略意義。

麥立強(qiáng)，武漢理工大學(xué)首席教授、博導(dǎo)、材料科學(xué)與工程學(xué)院院長，一直致力于新型能源存儲系統(tǒng)的研究。此次，麥立強(qiáng)聯(lián)合華中科技大學(xué)龐元杰教授和多倫多大學(xué)E. H. Sargent教授報(bào)道了一種新型稀釋合金催化劑，可在高壓強(qiáng)反應(yīng)條件下，利用電能將一氧化碳高效還原為乙酸。反應(yīng)最高選擇性（法拉第效率）達(dá)91%，已和二氧化碳至一氧化碳的電還原選擇性相仿，實(shí)現(xiàn)了可再生能源的轉(zhuǎn)化與存儲，能量轉(zhuǎn)化效率達(dá)34%，為現(xiàn)有紀(jì)錄的2倍左右，長時(shí)運(yùn)行可達(dá)820小時(shí)（保持率為80%），大大超越現(xiàn)有紀(jì)錄。

銅基催化劑是在二氧化碳電催化還原反應(yīng)中效率最高的催化劑之一。銅基催化劑能夠高效催化碳—碳偶聯(lián)步驟，但每種多碳產(chǎn)物的選擇性都不高。本研究設(shè)計(jì)了銅—銀稀釋合金催化劑，使銅以原子級分散在銀基底中，其中銅位點(diǎn)只有2-4個(gè)原子。這迫使碳基團(tuán)進(jìn)入“單齒型”吸附狀態(tài)，將反應(yīng)高效導(dǎo)入乙酸生成路徑。但是，小的銅位點(diǎn)可能無法高效完成碳—碳偶聯(lián)步驟，需要更高的反應(yīng)物分子覆蓋度。因此研究設(shè)計(jì)了高壓強(qiáng)三相界面反應(yīng)裝置，可在高氣壓條件下保持氣—液兩相平衡，從而穩(wěn)定地反應(yīng)，解決了催化劑表面反應(yīng)物分子覆蓋度的需求。該研究使用武漢理工大學(xué)的先進(jìn)原位拉曼光譜技術(shù)證明CO還原過程中的一個(gè)關(guān)鍵中間體是C=C=O或（OH）C=COH構(gòu)型，為后續(xù)設(shè)計(jì)更高效的催化劑提供理論基礎(chǔ)。經(jīng)濟(jì)技術(shù)可行性分析表明，該技術(shù)在未來的應(yīng)用前景廣闊。

研究人員介紹，本工作實(shí)現(xiàn)了一種可持續(xù)的工藝，能夠利用低品階清潔電能將二氧化碳經(jīng)一氧化碳兩步轉(zhuǎn)化為乙酸，實(shí)現(xiàn)了乙酸的零碳綠色生產(chǎn)，并在此過程中達(dá)到了高選擇性和高能量轉(zhuǎn)化效率。重要的是，本工作證實(shí)了二氧化碳電還原技術(shù)在分布式清潔能源存儲方面的應(yīng)用潛力，及使用二氧化碳電催化轉(zhuǎn)化技術(shù)進(jìn)行碳基化學(xué)品綠色合成的可行性，將為“雙碳目標(biāo)”的達(dá)成貢獻(xiàn)一份力量。

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