新型催化器——实现水中转化清洁能源的新福音

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新型催化剂可以实现在中性水环境中，二氧化碳转化为一氧化碳。这一发现或可成为清洁能源的又一新思路。

二氧化碳球棍模型。来源：维基百科

清洁能源，或可再生能源，一直是发展中国加研究的热点。较普遍的一种清洁能源的使用方式，是利用太阳能转化为电能，这可以通过费托合成这样一个化学过程达成。这个过程将气体一氧化碳和氢气转变为液态烃，然后作为燃料使用。
  
利用可再生能源获得的这种潜在燃料，二氧化碳以一种工业方式转换为一氧化碳，这个反应需要催化剂获得一氧化碳定量产量。此外，这种反应通常是在非水溶剂中进行，这使得工业规模的过程更难。来自电化学分子实验室、巴黎第七大学、法国国家科学研究院的Cyrille Costentin, Marc Robert, Jean-Michel Saveant和Arnaud Tatin设计了一种催化剂，该催化剂实现了在水中将二氧化碳转化为一氧化碳几乎定量的产率。该催化剂可以通过控制系统的PH值来实现二氧化碳氢比例的调整。他们的研究成果发表在美国国家科学院院刊。


二氧化碳转化为一氧化碳的过程需要一种催化剂，来阻止一种极为不利的负离子自由基（CO2•-）的形成。铁卟啉可以作为催化剂的理想选择是因为铁可以利用电化学还原Fe（l）为Fe（0）。Fe（0）可以与有害阴离子自由基中间体的结合，形成一氧化碳。然而，卟啉类化合物不溶于水。此外，酸促进催化反应，但酸也存在生成氢气的风险。一氧化碳和氢气的形成存在竞争，更多的氢气产生，相应的会降低一氧化碳产量。


之前的研究表明，酚类物质是一种能提供酸性质子而不促进氢气形成的很好的催化剂选择。研究人员决定将苯酚基团合成卟啉结构。然而，在水中的苯酚改性催化剂仍不溶。为了克服这个问题，Costentin合成了一种苯酚取代对位三甲胺。本产品是一种水溶性改性卟啉。


虽然需要更多的研究来研究所涉及的机制，Costentin报道了一种新的催化剂，可以实现中性水环境中二氧化碳几乎定量的产率。这一发现是利用可再生能源和二氧化碳的过程中的关键步骤，同时也是将它转换成可用能量的依据。（材料人）