耶魯大學創新技術：高效將二氧化碳轉化為可再生能源

耶魯大學的科學家們開發出一種更高效的方法，利用雙功能催化劑將二氧化碳（CO₂）排放轉化為甲醇，這使得碳捕捉技術在工業應用中更具規模化潛力。這項研究為從空氣中移除二氧化碳並將其轉化為可再生燃料提供了重要進展。

在《自然奈米技術》期刊上發表的研究中，耶魯大學化學家王海亮及其團隊詳細介紹了他們的最新突破：將工業排放的二氧化碳轉化為甲醇。甲醇作為一種廣泛使用的液體燃料，可用於內燃機及其他應用，為減少溫室氣體排放和應對氣候變化提供了極具潛力的解決方案。

「這是一種全新的策略，將二氧化碳還原為甲醇的技術提升到了一個新的水平。」王海亮表示，他是耶魯大學文理學院的化學教授，也是這項新研究的主要作者。王教授同時也是耶魯能源科學研究所和耶魯自然碳捕捉中心的成員。

將二氧化碳轉化為甲醇是一個兩步化學反應過程。首先，二氧化碳與催化劑反應生成一氧化碳（CO），隨後一氧化碳再經過催化反應轉化為甲醇。此前最有效的技術——同樣由王海亮實驗室開發——使用了一種由碳奈米管支撐的鈷四氨基酞菁分子單一催化劑。然而，這種單一催化劑在兩個反應步驟中存在效率不匹配的問題，導致二氧化碳轉化為一氧化碳的過程不夠高效或選擇性不足，這對科學家們設計可規模化的工業應用流程提出了挑戰。

「單一型別的催化位點並不能同時最佳化兩個反應步驟。」王海亮實驗室的博士後研究員李靜表示，她是這項新研究的第一作者。「為了避免這種取捨，我們現在設計了一種『二合一』催化劑。」

新技術首先利用鎳四甲氧基酞菁位點將二氧化碳轉化為一氧化碳，隨後新生成的一氧化碳遷移到鈷位點——催化科學家稱之為「溢位效應」——完成還原為甲醇的過程。

「我們的研究提供了一種潛在的規模化解決方案，有助於減少碳足跡並加速向清潔能源的轉型。」王海亮實驗室的前博士生、這項研究的共同作者康納·魯尼表示。

魯尼是Oxylus Energy公司的創始人，該公司與工業合作夥伴合作，基於王海亮實驗室的研究，將碳廢物轉化為甲醇液體燃料。其他來自耶魯大學的共同作者包括千成貞、高元佐、尚波、李歡、任龍濤和楊世澤。楊世澤是耶魯大學像差校正電子顯微鏡核心設施的主任，該實驗室專注於材料科學研究的全面電子顯微鏡和光譜分析。

這項研究與俄亥俄州立大學的朱全松和羅伯特·貝克合作進行，他們為一氧化碳從鎳位點到鈷位點的溢位效應提供了實驗證據。其他合作者包括俄勒岡州立大學的阿爾文·張和馮振興，以及南方科技大學的李歡、蔣展和梁永業。

這項研究部分由耶魯自然碳捕捉中心和美國國家科學基金會資助。