什么？二氧化碳可以制衣服？

還能制香水、做玩具？

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(資料圖片僅供參考)

華中科技大學光電信息學院

龐元杰教授團隊歷時 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

團隊研究成果

于 5 月 3 日發表于

國際著名學術期刊《自然》

成果在多項指標上

大幅打破了世界紀錄

醋酸，又名乙酸，是一種重要的有機化工原料，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。" 傳統方法生產醋酸通常是采用化學合成或淀粉發酵法，用這些方法，每生產 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國，醋酸年產量超過 800 萬噸，給生態環境帶來了巨大壓力。" 我們團隊一直致力于‘零碳’制造，不僅讓生產醋酸的過程中不產生二氧化碳，還能夠消耗二氧化碳制備醋酸，希望為實現‘雙碳’目標貢獻一份科技力量。" 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 二碳基團的生成，以及其需要更高的 CO 表面覆蓋度以保證碳 - 碳偶聯的高效發生。

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

為了實現夢想，龐元杰團隊以醋酸為目標產物，聯合多倫多大學 E. H. Sargent 小組、武漢理工大學麥立強小組，通過電催化二氧化碳還原技術，實現了醋酸的 " 零碳 " 制造。研究成果 " 限制二碳吸附基團構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物，并能夠連續 820 小時保持乙酸生成率 80% 以上，在選擇性、能量轉化效率、穩定性上打破了現有世界紀錄。

圖為團隊合影

電催化二氧化碳還原技術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、高速地生產單一高附加值產物卻是團隊困擾已久的問題。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 余種產物。" 為了穩定醋酸的生成率，我們要解決的首要問題就是反應裝置的設計與搭建，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新，團隊以電催化二氧化碳還原技術為基礎，采用 " 兩步法 " 二氧化碳還原途徑，穩定住醋酸反應路徑的關鍵中間基團，最終高產率合成了醋酸。

利用該技術，不僅是醋酸這類羧酸類化學品，烴類、醇類等重要化學品也有望實現 " 零碳 " 制造，讓二氧化碳在醫藥、燃料、化工原料的生產過程中得到更廣泛的應用。該技術可以將太陽能發電板發出的電能轉換為便于儲存的燃料化學能，再將燃料化學能有序釋放，實時滿足生活和生產的各種用能需求。選用合適的催化劑還可以進行乙醇（酒精）的生產，從而擺脫對以農作物為原料生產乙醇的依賴，減少對土地和糧食的資源消耗，使乙醇能夠更大范圍地應用于清潔能源。