在一項(xiàng)新研究中，來自耶魯大學(xué)和密蘇里大學(xué)的化學(xué)家們描述了一種設(shè)計更可持續(xù)催化劑的方法，用于將二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲酸鹽。通向更可持續(xù)星球的道路，或許部分將由錳元素鋪就。

根據(jù)耶魯大學(xué)（Yale）和密蘇里大學(xué)（University of Missouri）研究人員的一項(xiàng)新研究，含有錳（一種儲量豐富、價格低廉的金屬元素）的化學(xué)催化劑在將二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲酸鹽方面被證明非常有效。甲酸鹽被視為下一代燃料電池氫氣的潛在關(guān)鍵來源。

這項(xiàng)新研究發(fā)表在《化學(xué)》期刊上。論文的通訊作者是耶魯大學(xué)博士后研究員賈斯汀·韋達(dá)爾和密蘇里大學(xué)研究生研究助理凱勒·弗丘；資深作者是耶魯大學(xué)的尼萊·哈扎里教授和密蘇里大學(xué)的韋斯利·伯恩斯克特教授。

與電池類似，氫燃料電池將氫氣的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。廣泛使用此類技術(shù)的一個挑戰(zhàn)是開發(fā)具有成本效益的制氫和儲氫方法。

“二氧化碳利用是當(dāng)前的一個優(yōu)先方向，因?yàn)槲覀冊趯ふ铱稍偕幕瘜W(xué)原料來取代源自化石燃料的原料，”耶魯大學(xué)文理學(xué)院化學(xué)系主任、約翰·蘭道夫·赫夫曼化學(xué)教授哈扎里說道。

（左起）賈斯汀·韋達(dá)爾和尼萊·哈扎里在耶魯大學(xué)哈扎里實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究。圖片來源：Allie Barton

甲酸是甲酸鹽的質(zhì)子化形式，是一種大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的商品化學(xué)品，用作防腐劑、抗菌劑和鞣制劑。許多研究者也將其視為燃料電池氫氣的可能來源——前提是能夠以可持續(xù)且高效的方式生產(chǎn)。

目前，工業(yè)規(guī)模的甲酸鹽生產(chǎn)涉及使用化石燃料，因此從長遠(yuǎn)來看不被認(rèn)為是可持續(xù)的選擇。研究人員表示，更環(huán)保的方法是利用大氣中的二氧化碳來制造甲酸鹽，這本質(zhì)上是在去除溫室氣體并將其轉(zhuǎn)化為有用產(chǎn)品。

但要做到這一點(diǎn)，需要催化劑。而這正是研究人員面臨的挑戰(zhàn)。

韋達(dá)爾在實(shí)驗(yàn)室工作，他是這項(xiàng)新研究的共同通訊作者。圖片來源：Allie Barton

許多正在開發(fā)的有效潛在催化劑基于貴金屬，這些金屬價格昂貴、儲量較少且毒性高。另一方面，那些更豐富、更可持續(xù)且更便宜的金屬催化劑往往效果較差，因?yàn)樗鼈兎纸庋杆?，這限制了它們將二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲酸鹽的能力。

哈扎里的團(tuán)隊(duì)提出了一種新方法。

研究人員能夠?qū)㈠i基催化劑的催化壽命延長到如此程度，以至于其效率超過了大多數(shù)貴金屬催化劑。他們表示，關(guān)鍵創(chuàng)新在于通過向配體設(shè)計（配體是與金屬原子鍵合并影響反應(yīng)性的原子或分子）中添加另一個供體原子來穩(wěn)定催化劑。

“我很高興看到配體設(shè)計以如此有意義的方式獲得回報，”韋達(dá)爾說。

研究人員還表示，他們的方法可能廣泛適用于其他催化轉(zhuǎn)化過程，而不僅限于二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲酸鹽。

耶魯大學(xué)的布蘭登·梅爾卡多和妮可·皮庫特是這項(xiàng)研究的合著者。研究資金來自美國能源部科學(xué)辦公室（U.S. Department of Energy’s Office of Science）。

（素材來自：耶魯大學(xué)/密蘇里大學(xué) 全球氫能網(wǎng)、新能源網(wǎng)綜合）