■今日视点

    美国橡树岭国家实验室（ORNL）化学家亚当·罗蒂农带领的研究团队，本来打算将温室气体的主要成分——二氧化碳催化成甲烷，结果在开始催化反应的第一个步骤，竟意外生成了乙醇，转化效率还挺高，达到了63%。

    消息发布后，多家国内外媒体予以关注。这个技术是否像新闻标题上看起来那么简单？其背后的创新点究竟何在？对改善环境和提高能源效率能有哪些帮助？

    二氧化碳变酒精只需一步

    在进行电催化二氧化碳实验时，罗蒂农团队设计了至少三个反应步骤，希望将二氧化碳催化成甲烷等物质。

    实验的重要“道具”是1平方厘米的纳米芯片催化剂，上面由嵌入碳尖峰中的含氮铜纳米颗粒组成钉状排列结构，形成含有多个反应位点的纹理。

    研究人员将纳米芯片插入水中，同时注入二氧化碳，施加电压后，芯片钉状纳米尖峰开始进行高效的化学反应。结果在第一个步骤结束时，“我们发现，竟然制造出了杜松子酒的成分——乙醇。”

    乙醇，就是我们俗称的酒精，在燃烧时会变成二氧化碳和水。现在，科学家好像只用一步，就逆转了乙醇燃烧的复杂过程！

    “偶然”源自扎实研究积累

    ORNL官方网站近日在重点介绍这项突破性成就时，提到了“催化科学”和“纳米制造”两个关键词。

    罗蒂农在接受美国著名的《大众机械》杂志采访时表示，橡树岭国家实验室是政府资助的研究机构，“我们的主要研究方向是纳米技术，而我个人侧重于催化技术，特别是用电催化来控制化学反应。”

    通常而言，用单一的催化剂把二氧化碳催化成其他物质是非常困难的。罗蒂农选择了将擅长的电化学方法应用于催化实验。此外，这项成果的最大创新点在于催化剂的纳米纹理，正是这种独特的纳米结构，为催化反应提供了高效率反应场所。

    值得一提的是，这种仅用普通碳、铜材料进行催化的方法，避免了使用稀有金属铂等昂贵材料带来的工业成本压力。更重要的是，它在室温下的水中操作即可，方便大规模的工业化应用。

    目前，研究人员计划改进他们的方法，以进一步研究这种催化剂的性质和行为。

    有效提高清洁能源利用率

    为什么会选择二氧化碳作为催化对象？罗蒂农表示：“用电力捕获二氧化碳并将其转化为有用的东西，是一种很重要的研究方向，全世界都在做这类研究。”

    二氧化碳是燃烧产生的废物，这次偶然发现的可逆催化反应，不仅可以“变废为宝”，其效率也高得惊人。

    新闻通告中提到的63%的产出率，在罗蒂农看来，是一种容易让人理解的解释方法——推动100个电子穿过催化剂，其中63个最终以乙醇形式存储下来。另一种对“高效”的解释更“刺激”——从二氧化碳的角度看，如果拿100个二氧化碳分子去参与反应，其中84个最终变成乙醇，其余的变成一氧化碳、甲酸或甲烷。“63%也好，84%也好，催化收益率是比较高的，我们对此感到很满意”。

    有鉴于此，研究人员认为，“该方法可扩大用于工业相关领域，如存储风力、太阳能等可再生能源发电站产生的过量电力”。不能并入电网的电力，可以用来催化二氧化碳，以液体乙醇的方式将能源存储下来。

    “这是一个提高清洁能源利用效率的好办法”，罗蒂农表示，“如果考虑闭合碳循环和由此衍生的碳交易，该技术也具有相当的竞争力。”

    （科技日报北京10月21日电）