化學(xué)家們已經(jīng)開發(fā)出了一種納米級結(jié)構(gòu)--結(jié)合了銅、金和銀，它在一種化學(xué)反應(yīng)中可作為一種卓越的催化劑發(fā)揮作用，若想要碳捕獲及利用的努力能成功地幫助緩解全球變暖，那么其改進(jìn)的性能將至關(guān)重要。

一項描述該過程的研究出現(xiàn)在2022年3月15日的《Nano Research》上。

面對氣候變化的挑戰(zhàn)，近年來，政策制定者越來越關(guān)注碳捕獲和利用(CCU)，即從大氣中吸取二氧化碳然后將其作為工業(yè)化學(xué)品的原料，或用于生產(chǎn)碳中性合成燃料。只要后者由清潔電力驅(qū)動，它還提供了一種長期儲存可再生能源的方法--克服風(fēng)能和太陽能等能源選項的間歇性的圣杯。

而做到這一切的一個可能方法是通過一個叫做電化學(xué)二氧化碳還原反應(yīng)（eCO2RR，或簡稱ECR）的化學(xué)反應(yīng)。該反應(yīng)使用電力通過分離二氧化碳的碳原子和氧原子將氣體轉(zhuǎn)化為其他可用的物質(zhì)。在某些種類的ECR中，水也可以提供氫氣“供體”，碳原子通過跟氫氣的結(jié)合產(chǎn)生各種碳?xì)浠衔?/span>或酒精。

ECR的關(guān)鍵是使用正確的催化劑，或其結(jié)構(gòu)和電荷使其能啟動或加速化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)。各種不同的金屬已被用作催化劑，這取決于需要哪種最終產(chǎn)品。只采用一種金屬的催化劑包括生產(chǎn)甲酸的錫、生產(chǎn)一氧化碳的銀以及生產(chǎn)甲烷、乙烯或乙醇的銅。

然而，當(dāng)ECR跟水的電化學(xué)分裂中的氫原子的趨勢競爭使其跟自己配對而不是與碳原子結(jié)合時，該過程的性能可能受到限制。這種競爭可能導(dǎo)致產(chǎn)生不同于所需的化學(xué)最終產(chǎn)品。因此，化學(xué)家長期以來一直在尋找具有高“選擇性”的催化劑。

最近，研究人員不再僅僅使用單一的金屬作為催化劑，而是轉(zhuǎn)向使用異質(zhì)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)包含兩種不同的材料，它們的組合特性產(chǎn)生了跟單獨材料不同或更優(yōu)越的結(jié)果。

一些已經(jīng)被測試過的用于ECR的異質(zhì)結(jié)構(gòu)包括將銀和鈀以樹枝狀的形式結(jié)合起來（AgPd“納米中心”）以及將兩種金屬以三明治狀、管狀、金字塔狀和其他形狀結(jié)合起來。研究人員在包括銅的雙金屬異質(zhì)結(jié)構(gòu)方面取得了相當(dāng)大的成功--銅非常善于將二氧化碳轉(zhuǎn)化為使用兩個碳原子的產(chǎn)品。這些雙金屬異質(zhì)結(jié)構(gòu)包括銀-銅（AgCu）、鋅-銅（ZnCu）和金-銅（AuCu），后者對甲烷、C2和一氧化碳的選擇性特別成功。

來自天津大學(xué)的納米化學(xué)家、該研究的論文共同作者Zhicheng Zhang說道：“我們認(rèn)為如果兩種金屬產(chǎn)生了良好的結(jié)果，那么三種金屬也許會更好?！?/p>

因此，研究人員構(gòu)建了一個三金屬納米結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)結(jié)合了金、銀和銅且是不對稱的形式。三種金屬的形狀和精確比例則可以通過涉及多個步驟的生長方法進(jìn)行改變。具體來說，首先合成金“納米金字塔”并將其作為“種子”用于隨后涉及三種金屬不同比例的各種三金屬結(jié)構(gòu)的生長。

他們發(fā)現(xiàn)，由于其異質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計的獨特形式并通過改變這三種金屬的比例，他們可以仔細(xì)調(diào)整對不同C2基產(chǎn)品的選擇性。尤其是乙醇的生產(chǎn)，可以通過使用一種異質(zhì)結(jié)構(gòu)--其進(jìn)料比例涉及金和銀各一個原子與五個銅原子的組合--實現(xiàn)了最大化。

這項工作為在ECR開發(fā)過程中開發(fā)其他三金屬納米材料制定了一個有前途的戰(zhàn)略。

（舉報）