催化组合将二氧化碳转为碳纳米纤维

美国能源部布鲁克海文国家实验室和哥伦比亚大学研究人员联合开发了一种耦合电化学和热化学反应的新策略，可将强效温室气体二氧化碳(CO2)转化为碳纳米纤维。这些材料具有广泛的独特性能和许多潜在的长期用途。研究人员在《自然·催化》杂志上描述，新方法可在相对较低的温度和环境压力下进行，成功地将碳锁定在固体形态的物质中，以抵消碳排放甚至实现负碳排放。

研究人员表示，将碳纳米纤维放入水泥中，可使碳在混凝土中锁定至少50年。该过程同时还会产生氢气。

新工作的特别之处在于，试图将CO2转化为具有附加值且坚实的固体碳材料。这种固体碳材料含有尺寸为十亿分之一米的碳纳米管和纳米纤维，具有许多吸引人的特性，包括强度、导热性和导电性。但是，从CO2中提取碳并使其组成精细的结构并不是一件简单的事情。

研究人员为此开发了串联两步法。该方法将反应分解为多个阶段，用两种不同类型的催化剂，使分子更容易聚集在一起并作出反应。

团队首先用一种由碳负载的钯制成的电催化剂，将CO2和水分解成一氧化碳和氢气。接着团队转向了一种由铁钴合金制成的热活化催化剂。它在400℃左右的温度下工作，比直接将CO2转化为碳纳米纤维所需的温度要温和得多。通过电催化和热催化的耦合，团队使用这种串联过程实现了单独使用任何一个过程都无法实现的目标。

研究人员称，这种催化剂回收的便利性、催化剂的商业可用性以及第二反应相对温和的反应条件，有助于降低与该过程相关的能源成本。如果这些过程由可再生能源驱动，其结果将是真正的负碳排放，可为缓解CO2的排放效应开辟新途径。

缓解全球变暖，严格控制二氧化碳等温室气体排放，已成为全人类的目标。减少二氧化碳排放的主要方式，一是碳封存，二是碳抵消。碳的捕获、利用与封存也是应对气候变化的重要技术手段。此次，科研人员创新性使用了电催化和热催化。这种串联将二氧化碳转化为碳纳米纤维，在利用它的同时，还能将其有效封存。值得一提的是，这种催化方法并非高成本、高复杂度的实验室方法，它兼顾了便利性和商用性，为实现零碳甚至负碳排放开辟了道路。