KAIST：“用‘自我再生’催化剂将二氧化碳转化为化学原料”

将二氧化碳转化为化学燃料的技术被视为实现碳中和的核心。然而，催化剂性能快速衰减的问题一直成为该技术走向商业化的障碍。韩国科研团队通过“自我再生”催化剂，为解决既有的性能下降问题提供了线索。

KAIST（카이스트）生命化学工程系的 Jung Dongyeong 教授研究团队于11日表示，他们在阐明将二氧化碳转化为有用化学燃料物质的电化学反应中催化剂性能下降的根本原因的同时，还开发出一种新的设计策略，使催化剂在反应过程中能够自行保持活性状态。

研究团队注意到，在二氧化碳转化反应中主要使用的九里催化剂（구리 촉매）在反应过程中并非只是被简单消耗，而是经历了表面结构持续变化的“重构（reconstruction）”过程，并以此为着眼点展开研究。

研究结果表明，重构方式不同会导致催化剂的性能和寿命出现巨大差异，而且九里催化剂的重构过程大致可分为两种方式。

第一种方式是催化剂表面生成氧化物后再被还原，如此循环往复，虽然会带来短暂的活性提升，但从长期来看却导致催化剂性能下降。与此相反，第二种方式是催化剂金属部分溶解进电解质中，随后又重新附着到催化剂表面，如此反复循环，从而在催化剂表面不断生成新的反应位点——即活性位点（active site）。

研究团队利用这一原理，提出了让催化剂在反应过程中也能自行保持活性状态的方法。

只需在电解质中加入极微量的九里离子，就能使催化剂表面金属溶解与再附着过程在平衡状态下反复进行，在这一过程中不断生成新的活性位点。关键在于，借此可以让催化剂在长时间运行中保持稳定性能。

研究团队开发的技术无需额外复杂工艺或高电压条件即可实现，在大幅降低能耗的同时，还提高了稳定生产乙烯、乙醇等高附加值 C₂ 化合物的可能性。C₂ 化合物是由两个碳原子构成的化合物，可作为塑料、燃料等的原料，在工业上被视为重要化学物质。

此次研究的意义不仅在于“把催化剂做得更好”，更在于提出了一种新的设计概念，即在反应进行过程中“让催化剂自行保持良好状态”。这一概念未来有望不仅应用于二氧化碳转化技术，还将扩展到多种电化学能量转换技术。

Jung 教授表示：“本次研究的意义在于提出了一种新的策略，使催化剂能够持续保持最佳活性。”

另一方面，此次研究由 KAIST 博士研究生 Kim Hanju 与硕博连读研究生 An Hongmin 共同担任第一作者。研究成果（论文）已于上月5日发表于化学领域国际学术期刊《美国化学会志（Journal of the American Chemical Society，JACS）》在线版。