新型原子分散镍催化剂可直接转化捕获的二氧化碳 (CO2) 至甲烷 (CH4），俄亥俄州立大学博士后研究员 Tomaz Neves-Garcia 博士及其同事表示。
二氧化碳捕获物质（即氨基甲酸盐和碳酸氢盐）的直接电化学还原对于点源二氧化碳捕获和转化来说是有希望的。图片来源：内维斯-加西亚等人.，doi：10.1021/jacs.4c09744。
二氧化碳是一种温室气体，是地球气候变暖的主要原因，由发电厂、工厂和各种形式的运输产生。
典型的碳捕获系统旨在减少其在大气中的存在，通过将二氧化碳与其他气体分离并将其转化为有用的产品来降低二氧化碳排放。
然而，由于这些系统的运行需要大量的能量，因此该过程很难在工业规模上实施。
“现在，我们使用一种特殊的镍基催化剂，找到了一种方法，可以将捕获的二氧化碳直接转化为甲烷，从而节省大量宝贵的能源，”内维斯-加西亚博士说。
通过使用布置在带电表面上的镍原子，Neves-Garcia 博士和合著者能够将捕获的二氧化碳形式的氨基甲酸盐直接转化为甲烷。
他们发现镍原子是一种廉价且广泛使用的催化剂，非常适合实现这种转化。
内维斯-加西亚博士说：“我们正在利用低能量的分子来生产高能量的燃料。”
“让这件事变得如此有趣的是，其他人分步捕获、回收然后转化二氧化碳，而我们通过同时进行这些步骤来节省能源。”
最重要的是，简化碳捕获过程有助于重新构建科学家对碳循环的了解，并且是制定更复杂的战略以实现更快、更有效的气候缓解技术的重要一步。
“我们需要专注于花费尽可能低的能源来捕获和转化碳，”内维斯-加西亚博士说。
“因此，我们可以将其合并在一个步骤中，从而绕过浪费能源的过程，而不是独立执行所有捕获和转换步骤。”
“尽管许多碳捕获方法仍处于早期阶段，来自多个领域的研究人员正在努力改进它们，但该领域是一个很有前途的领域。”
“利用可再生电力将二氧化碳转化为燃料有可能关闭碳循环。”
“例如，当甲烷燃烧产生能量时，它会排放二氧化碳，如果捕获二氧化碳并将其转化回甲烷，可能会导致能源生产的连续循环，而不会增加地球的全球变暖负担。”
该研究还代表研究人员首次发现他们可以利用电化学来实现氨基甲酸盐转化为甲烷。
尽管已经进行了许多尝试将捕获的二氧化碳转化为有用的产品，但到目前为止，大多数研究人员仅表现出产生一氧化碳的能力。
“甲烷可能是一种非常有趣的产品，但最重要的是，这为开发更多工艺以将捕获的二氧化碳转化为其他产品开辟了道路，”内维斯-加西亚博士说。
团队的工作发表于美国化学会杂志。
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托马兹·内维斯-加西亚等人。 2024.通过胺捕获二氧化碳并在单原子镍催化剂上转化为甲烷的集成。J. Am.化学。社会组织146（46）：31633-31646； doi：10.1021/jacs.4c09744
