科學家們設計了一種將二氧化碳（CO2）從大氣中轉化為有價值的碳納米纖維。該工藝使用串聯電催化（藍環）和熱催化（橙環）反應來轉化 CO2（藍綠色和銀分子）加水（紫色和藍綠色）變成“固定”碳納米纖維（銀），產生氫氣（紫色）作為有益的副產品。碳納米纖維可用于增強水泥等建筑材料，并鎖住碳數十年。圖片來源：布魯克海文國家實驗室/哥倫比亞大學

科技日報記者 張夢然

美國能源部布魯克海文國家實驗室和哥倫比亞大學研究人員聯合開發了一種耦合電化學和熱化學反應的新策略，可將強效溫室氣體二氧化碳（CO2）轉化為碳納米纖維。這些材料具有廣泛的獨特性能和許多潛在的長期用途。研究人員在《自然·催化》雜志上描述，新方法可在相對較低的溫度和環境壓力下進行，成功地將碳鎖定在固體形態的物質中，以抵消碳排放甚至實現負碳排放。

研究人員表示，將碳納米纖維放入水泥中，可使碳在混凝土中鎖定至少50年。該過程同時還會產生氫氣。

新工作的特別之處在于，試圖將CO2轉化為具有附加值且堅實的固體碳材料。這種固體碳材料含有尺寸為十億分之一米的碳納米管和納米纖維，具有許多吸引人的特性，包括強度、導熱性和導電性。但是，從CO2中提取碳并使其組成精細的結構并不是一件簡單的事情。

研究人員為此開發了串聯兩步法。該方法將反應分解為多個階段，用兩種不同類型的催化劑，使分子更容易聚集在一起并作出反應。

團隊首先用一種由碳負載的鈀制成的電催化劑，將CO2和水分解成一氧化碳和氫氣。接著團隊轉向了一種由鐵鈷合金制成的熱活化催化劑。它在400℃左右的溫度下工作，比直接將CO2轉化為碳納米纖維所需的溫度要溫和得多。通過電催化和熱催化的耦合，團隊使用這種串聯過程實現了單獨使用任何一個過程都無法實現的目標。

研究人員稱，這種催化劑回收的便利性、催化劑的商業可用性以及第二反應相對溫和的反應條件，有助于降低與該過程相關的能源成本。如果這些過程由可再生能源驅動，其結果將是真正的負碳排放，可為緩解CO2的排放效應開辟新途徑。

總編輯圈點

緩解全球變暖，嚴格控制二氧化碳等溫室氣體排放，已成為全人類的目標。減少二氧化碳排放的主要方式，一是碳封存，二是碳抵消。碳的捕獲、利用與封存也是應對氣候變化的重要技術手段。此次，科研人員創新性使用了電催化和熱催化，這種串聯將二氧化碳轉化為碳納米纖維，在利用它的同時，還能將其有效封存。值得一提的是，這種催化方法并非高成本、高復雜度的實驗室方法，它兼顧了便利性和商用性，為實現零碳甚至負碳排放開辟了道路。

（來源：科技日報）

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