非金属催化剂将二氧化碳还原为液体燃料

二氧化碳转化为有用的化学物质，如燃料，可能会关闭人为碳循环。现在，研究人员发现了一种高效、选择性和无金属的催化剂。

有几种电催化剂可以将二氧化碳还原为一氧化碳或甲酸盐等物质，但其中最有效和最有选择性的是银等贵金属。中国的研究人员最近证明有限公司₂电还原法电还原法，主要用于甲酸盐，使用覆盖部分氧化钴层的催化剂．他们的系统有一个过电位——高于热力学所需的电位——只有0.24V，这意味着没有多少能量以热量的形式损失。然而，长期钴供应可能有限。“世界上生产钴的矿场并不多，”他指出菲利普·施奥地利林茨约翰内斯开普勒大学的教授。“目前，这可能没有问题，但如果你想想回收百万吨二氧化碳需要多少催化剂，那么你可能就会发现，有必要拥有一些基本可持续的替代技术。”

大自然经常使用无金属酶，在新的研究中，Stadler和他的同事使用密度泛函理论计算出聚多巴胺——一种基于皮肤和头发色素真黑色素的聚合物——含有由氢键连接的胺和羰基，它们对二氧化碳有一种类似于传统催化剂的金属中心的能量亲和力。以前对合成电催化活性位点的研究发现，氢键颜料的导电性差阻碍了电子的传递，限制了反应速率，需要高过电位。为了解决这个问题，研究小组将多巴胺单体沉积在氧化环境中的导电碳毡电极上。这种方法在电极上覆盖了一层导电聚多巴胺——一种以前从未合成过的聚合物，具有电荷共轭的主干。斯塔德勒解释说:“催化官能团与共轭核心紧密结合，所以每当我开始泵入一个电子时，我不仅会激活共轭核心，还会激活催化功能。”

研究人员测试了他们的有机电极在水和乙腈混合物中减少二氧化碳的能力。他们发现，在16个小时的运行中，该系统以超过80%的效率将电荷转移到二氧化碳的减少中，主要是用于甲酸盐，并且只需要0.21V的过电位。

斯塔德勒说:“只要你开始调整你的生物有机系统，让它的表面有很多催化官能团，它可以传输电子，那么你就可以与最先进的金属催化技术相媲美了。”他说，他们现在正在寻求进一步减少甲酸盐:“我们正在考虑设计一种电极，其中多多巴胺与酶结合，这样我们就能得到级联转化CO。₂他解释说:“通过聚多巴胺形成，再通过第二道工序形成甲醇或甲醛。”

“我认为这对研究人员能够做的电化学研究来说是最重要的，”他说叙利娅普拉卡什美国南加州大学教授。他说，就解决可再生燃料问题而言，我不认为这是一个很大的贡献。包括我自己的团队在内的许多团队已经将甲酸作为中间体，但我们需要以较高的产量制造甲醇甚至一氧化碳之类的东西。”

催化化学埃德曼曾英国牛津大学的教授表示同意，并指出非金属催化剂的一个好处是，它能更有选择性地将电子引导到CO的还原过程中₂“在金属中，形成二氢非常非常容易，而在非金属体系中则不然。”