中科大团队《Nature》刊文，新电化学催化剂将CO2转化为燃料

全球变暖已经从一个有争议的话题逐渐成为全世界主流社会的共识。近年来与其密切关联的自然灾害警示着地球上的所有人，而二氧化碳的排放被认为是地球环境变暖的主要原因之一。另一方面，人类又总是需要燃料来供暖发电，满足日益增长的能源需求，这似乎看起来是个无法解决的恶性循环。

科学家们给出的一个最有希望的解决方案是：使用清洁能源，从大气中捕获回收二氧化碳并将其转化为燃料，这样就能满足使用燃料和不增加碳排放的双重要求。到目前为止，将二氧化碳转化为可用物质的技术，主要依靠催化剂催化的电化学反应来还原二氧化碳。不过寻找合适的催化剂并非易事，虽然近来有报导采用基于氧化物的纳米结构催化剂的新进展，但总的来说，目前的电还原反应成本还是太高。

谢毅教授。图片来源：news.ustc.edu.cn

最近，由中国科学技术大学的谢毅教授和孙永福教授领导的研究团队，另辟蹊径开发出了一种新的并且更好的电化学催化剂，以将二氧化碳转化成甲酸，成为一种液体燃料。在他们发表在《Nature》杂志上的文章中，该团队描述了这种方法的过程和机理，并提出该技术有可能有助于减少二氧化碳排放，从而有助于减缓全球变暖。（Partially oxidized atomic cobalt layers for carbon dioxide electroreduction to liquid fuel. Nature, 2016, 529, 68–71）

在这项研究中，该团队的研究人员尝试了一种新的方法，使用纯的或混合的钴和氧化钴制成4个原子厚的薄层。他们发现，与普通结构相比，原子薄层表面的钴原子在电还原二氧化碳成甲酸中具有更好的活性和选择性，以及更低的过电势。并且，这些原子层在部分氧化的条件下，活性进一步提高，实现了超过40个小时的约10毫安/平方厘米的稳定电流密度，对甲酸的选择性达到大约90%，过电势仅有0.24伏特。同等条件下，这种催化剂的表现超过了其它已知的金属或金属氧化物。

这项工作有助于让研究者们重新思考如何设计更高效的二氧化碳电还原催化剂，理解原子尺度结构和氧化物的存在对催化剂的影响，对研究其机理至关重要。

尽管取得了很大进步，该团队仍认为将二氧化碳“清洁地”转化为能源仍有很长的路要走。

1. http://www.nature.com/nature/journal/v529/n7584/full/nature16455.html

2. http://phys.org/news/2016-01-electrocatalyst-carbon-dioxide-liquid-fuel.html