铜基催化剂：将二氧化碳(CO2)高效转化为乙醛

来自 实验室仪器网

研究人员开发出了一种铜基催化剂，能够将二氧化碳(CO2)转化为乙醛，效率高达92%。这项研究发表在《自然合成》杂志上。

乙醛是生产塑料和香水的主要化学品。目前，乙醛主要来自乙烯（一种石化产品）。然而，日益增长的环境问题促使化学工业寻求更可持续的替代品，以减少对化石燃料的依赖。

生产乙醛的最常见方法是“瓦克法”，即用天然气和石油中的乙烯与盐酸和其他强酸进行反应。该工艺碳足迹大、资源密集，缺乏长期可持续性。

将二氧化碳电化学还原为有用产品是一种很有前景的解决方案。这种方法同时解决了两个环境问题：它减少了二氧化碳的排放（全球变暖的主要原因），同时还生产了乙醛等有价值的化学品。

铜基催化剂已显示出对该反应的前景，但存在选择性低的问题，通常会产生多种产物的混合物，而不是特定的乙醛。

这项创新提供了一种更可持续、更环保的乙醛生产方法，为瓦克工艺提供了潜在的替代方案。此外，该催化剂可扩展且经济高效，适合工业应用。研究人员利用火花烧蚀技术制造出大约1.6纳米大小的铜粒子簇。该技术涉及在惰性气体环境中蒸发铜电极，从而可以精确控制粒子大小。然后将铜簇固定在碳载体上，以产生稳定且可重复使用的催化剂。

在实验室中，研究人员在受控环境下通过一系列与CO2的电化学反应测试了该催化剂。为了确认其活性，研究小组在同步加速器（一种产生强光的设备）上使用了X射线吸收光谱法，验证了铜团簇将CO2转化为乙醛的过程。

结果令人印象深刻。该催化剂在低电压下实现了92%的乙醛选择性，这是提高能源效率的关键因素。在30小时的压力测试中，该催化剂表现出优异的稳定性，在多个循环中保持其性能。研究人员还发现，铜颗粒在整个过程中保持了其金属性质，有助于提高催化剂的耐用性。

为什么新催化剂的性能如此出色？计算机模拟显示，铜团簇具有独特的原子结构，可以促使CO2分子连接和转化，从而有利于生成乙醛，而不是生成其他可能的产品，例如乙醇或甲烷。

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