用二氧化碳制液体燃料甲醇…开发出铜基催化剂
UNIST-成均馆大学-延世大学以铜基复合催化剂提升二氧化碳甲醇化效率
实现不逊于贵金属催化剂的性能·基于电池放电原理设计催化结构，刊登于Adv. Mater.
韩国国内研究团队开发出一种将二氧化碳（CO₂）转化为甲醇的技术。
这一技术有望减少作为地球变暖主要元凶的CO₂排放，并生产环保燃料，因此备受关注。
蔚山科学技术院（UNIST）能源化学工程系Ryu Jeonggi教授团队与成均馆大学Kim Jongsun教授团队、延世大学Son Aloysius教授团队合作，开发出一种可将二氧化碳转化为甲醇的铜催化剂，并于26日对外公布。
甲醇既是塑料、合成纤维等基础化学产品的原料，又因以液体状态易于储存和运输，近年来还作为氢储运载体、燃料电池原料等能源载体而备受瞩目。若以二氧化碳为原料生产甲醇，既能减少碳排放，但在反应过程中会混入氢等物质，不得不经过精制工序，这是现有技术的一大局限。
研究团队开发的铜催化剂能够有选择性地只生成甲醇，而几乎不产生副产物。用于衡量只生成目标产物能力的“甲醇选择度”在铜基催化剂中达到最高的70%，其性能可与高价贵金属催化剂相媲美。普通铜催化剂的选择度通常仅为10%至30%。
该催化剂由铜焦磷酸盐（Cu₂P₂O7）纳米区域与纯铜金属区域紧密贴合构成，形成如同拼图般严丝合缝的贴合结构。得益于这一结构，生成氢气的竞争反应被抑制，从而可以选择性地只生成甲醇。
一般来说，很难制备出这种精巧的复合结构，但研究团队利用锂电池放电原理，实现了简便制备。当像电池放电那样向电极材料通电时，电极中部分铜焦磷酸盐被还原为纯铜，两种物质在同一颗粒内部自然混合，形成复合结构。除催化剂外的其他电极材料可通过水洗轻松去除。
此外，本次研究的重要发现之一是，该反应遵循的路径与既有认知不同。通常情况下，甲醇会经过一氧化碳（CO）这一中间体生成，而该催化剂则先生成甲酸（HCOOH），再将其转化为甲醇。研究团队表示，这不仅有望成为开发新型甲醇合成催化剂的基础，也将为加深对甲醇合成路径的理解提供重要线索。
Ryu Jeonggi教授表示：“甲醇是全球每年消费数千万吨以上的重要工业原料和能源载体。此次利用廉价铜材料却实现高选择度和高电流密度的催化剂技术，有望推动在工厂中直接将二氧化碳转化为有用资源的‘碳资源化’时代的到来。”
Ryu教授接着表示：“我们利用电池放电原理即可轻松获得催化剂，从这一点看，其产业化应用潜力也非常大。今后将通过扩大电极面积并实现系统集成，推动其向实际工业工艺的放大应用。”
本次研究由UNIST能源化学工程系Kim Hyunwoo博士、Park Suhwan硕博连读研究员，成均馆大学Lee Jihwe硕博连读研究员，延世大学Lee Sangseop硕博连读研究员等参与完成。
该研究因其卓越成果及研究扩散效应获得认可，于5月20日在线发表在世界知名科学期刊《Advanced Materials》上，并得到了科学技术信息通信部和韩国研究财团的资助。
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