新能源的福音：二氧化碳转化为生物燃料已初见端倪

photo credit: UC Berkeley

随着滥砍滥伐加剧，碳排放加重，大气层内温室气体浓度剧增，让全球气温变暖这一问题日益严重。化学家一直梦想着让这些碳良好利用，而其中有潜力的方式便是制造生物燃料。

目前，我们还无法直接让生物燃料填满油箱并在引擎内燃烧，但科学家已让这个梦想进一步接近现实。这项研究由加州大学伯克利分校杨培东院士发起，论文已发表在《自然通讯（Nature Communication）》。

这项技术的关键，在于精确地模仿光合作用机理，将二氧化碳转为羧酸和一氧化碳。在过去，这样的反应需要巨大的能量，以至于无法实现。好在如今科学家找到了一种催化剂，与二氧化碳结合后激发反应，而自身不受反应消耗。

研究团队试验了好几种纳米粒子合金，终于发现电子元件之间的几何结构会主导原子排列，乃至进一步影响金属与二氧化碳的结合能力。

“协同作用之下，电子和几何效应决定了反应中间体与二氧化碳的结合强度，因此催化剂的选用和电化学还原二氧化碳的效果息息相关，”杨院士在出版刊物上如此阐述，“在未来，要想设计出一种同时具有良好活性和选择性的二氧化碳还原催化剂，就需要平衡好这两种效果，我们的研究已揭示出如何精心地达成平衡。”

研究人员试验了许多种合金，最终发现某种金 - 铜双金属纳米粒子合金所达成的效果最令人满意，对未来进一步将二氧化碳转化为生物燃料更是大有潜力。尽管这套系统未必最完美，这项技术在未来会进一步细化，提升至更高水准。

“有序分子充当着明确的平台角色，让我们更好地明白其在二氧化碳还原中的基本催化活性，”杨院士解释道，“基于我们的观察，金 - 铜双金属纳米粒子合金的活性可以被解释为：反应中间体使用不同的表面组分调整结合能力，而影响电子效应；活跃点的原子排列让催化剂偏离比例关系，而影响几何效应。”

除了减少二氧化碳，研究人员还认为，这种催化剂还有别的意义，可以诱发其他反应。

“我们期待我们所观测到的效应同时也适用于其他许许多多种的催化剂，如也能在析氢和吸氧这一氧化还原反应中找到相应的催化剂，”共同作者金度亨（Dohyung Kim）补充，“我们已经确定的因素则基于催化固体概念。”

VIA I Fucking Love Science

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