對許多人來說，電動汽車是一個有吸引力的選擇，其中一個關鍵原因是它們沒有碳排放。然而，對許多人來說，一個很大的缺點是它們缺乏續(xù)航能力和充電時間長。這就是汽油等液體燃料的巨大優(yōu)勢所在。它們的高能量密度意味著較長的續(xù)航能力，而且加油速度也很快。

從汽油或柴油轉向不同的液體燃料可以消除碳排放，同時保留液體燃料的優(yōu)勢。例如，在燃料電池中，甲酸可以為發(fā)動機提供動力，同時釋放出水和二氧化碳。然而，如果甲酸是通過將大氣中的二氧化碳還原成甲酸而產(chǎn)生的，唯一的凈輸出是水。

我們大氣層中不斷增加的二氧化碳濃度及其對全球變暖的貢獻現(xiàn)在已成為常見的新聞。隨著研究人員嘗試不同的方法來解決這個問題，一個有效的解決方案已經(jīng)出現(xiàn)--將大氣中多余的二氧化碳轉化為富含能量的化學品。

通過在陽光下對二氧化碳進行光還原來生產(chǎn)像甲酸這樣的燃料，最近吸引了很多人的注意，因為從這個過程中可以獲得雙重好處：它可以減少多余的二氧化碳排放，同時也有助于將我們目前面臨的能源短缺問題降到最低。作為一種具有高能量密度的優(yōu)秀氫氣載體，甲酸可以通過燃燒提供能量，同時只釋放出水作為副產(chǎn)品。

為了將這一有利可圖的解決方案變?yōu)楝F(xiàn)實，科學家們開發(fā)了光催化系統(tǒng)，可以在陽光的幫助下減少二氧化碳。這樣的系統(tǒng)由一個吸光基質（即光敏劑）和一個催化劑組成，該催化劑可以實現(xiàn)將二氧化碳還原成氫氧根所需的多電子轉移。由此開始了尋找合適的、高效的催化劑的工作。

固體催化劑被認為是這項任務的最佳候選者，因為它們的效率和潛在的可回收性，多年來，許多鈷、錳、鎳和鐵基金屬有機框架（MOFs）的催化能力已經(jīng)被探索出來，后者比其他金屬有一些優(yōu)勢。然而，迄今為止報道的大多數(shù)鐵基催化劑只產(chǎn)生一氧化碳作為主要產(chǎn)品，而不是氫氧化鈉。

(資料圖)

然而，這個問題很快就被 Kazuhiko Maeda教授領導的東京理科大學的一個研究小組解決了。在最近發(fā)表在化學雜志《Angewandte Chemie》上的一項研究中，該團隊提出了一種氧化鋁支持的鐵基催化劑，該催化劑使用了α-FeOOH。新的α-FeOOH/氧化鋁催化劑顯示出卓越的二氧化碳到氫氧化鋁的轉化性能，同時具有出色的可回收性。當被問及他們對催化劑的選擇時， Maeda教授說：“我們想探索更豐富的元素作為二氧化碳光還原系統(tǒng)的催化劑。我們需要一種具有活性、可回收、無毒和廉價的固體催化劑，這就是我們選擇像針鐵礦這樣廣泛存在的土壤礦物來進行實驗的原因。”

該團隊采用了一種簡單的浸漬方法來合成他們的催化劑。然后他們在室溫下，在釕基（Ru）光敏劑、電子供體和波長超過400納米的可見光的存在下，使用鐵負載的氧化鋁材料對二氧化碳進行光催化還原。

結果相當令人鼓舞；他們的系統(tǒng)對主要產(chǎn)品甲酸顯示出80-90%的選擇性，量子產(chǎn)率為4.3%（這表明該系統(tǒng)的效率）。

這項研究提出了一種首創(chuàng)的鐵基固體催化劑，當與有效的光敏劑一起使用時，可以生成氫氧化鋁。它還探討了適當?shù)闹С植牧希ㄑ趸X）的重要性及其對光化學還原反應的影響。

這項研究的見解可能有助于開發(fā)不含貴金屬的新催化劑，用于將二氧化碳光解為其他有用的化學品。“我們的研究表明，通往更綠色的能源經(jīng)濟的道路不一定是復雜的。”Maeda教授總結說：“即使采用簡單的催化劑制備方法，也能取得很好的效果，眾所周知的、富含地球的化合物可以作為二氧化碳還原的選擇性催化劑，如果它們得到氧化鋁等化合物的支持。”