研究揭示了将二氧化碳转化为可持续燃料的过程

研究人员通过将阳光照射到沉积在光激活材料上的单个铜原子上，成功地将CO 2转化为甲醇，这一发现为创造新的绿色燃料铺平了道路。

来自诺丁汉大学化学学院、伯明翰大学、昆士兰大学和乌尔姆大学的一个国际研究小组设计了一种由固定在纳米晶氮化碳上的铜制成的材料。铜原子嵌套在纳米晶体结构中，允许电子从氮化碳移动到CO 2 ， ​​这是在太阳辐射的影响下从CO 2生产甲醇的重要步骤。该研究已发表在 英国皇家化学学会可持续能源与燃料 杂志 上。

在光催化中，光照射在半导体材料上，激发电子，使电子能够穿过材料与CO 2 和水发生反应，产生各种有用的产品，包括绿色燃料甲醇。尽管最近取得了进展，但该过程缺乏效率和选择性。

二氧化碳是导致全球变暖的最大因素。尽管可以将CO 2转化 为有用的产品，但传统的热方法依赖于来自化石燃料的氢气。重要的是开发基于光催化和电催化的替代方法，利用可持续的太阳能和丰富的无处不在的水。

该研究小组的共同领导者、 诺丁汉大学化学学院研究员 Madasamy Thangamuthu 博士 表示：“光催化中使用的材料种类繁多。光催化剂高效吸收光并分离载流子非常重要。在我们的方法中，我们在纳米尺度上控制材料。我们开发了一种具有晶体纳米级域的新型氮化碳，可以实现与光的有效相互作用以及充分的电荷分离。”

研究人员设计了一种将氮化碳加热至所需结晶度的工艺，最大限度地提高该材料的光催化功能特性。他们利用磁控溅射，在无溶剂工艺中沉积原子铜，从而使半导体和金属原子之间紧密接触。

在诺丁汉大学化学学院进行实验工作的博士生塔拉·勒梅西尔(Tara LeMercier)表示：“我们测量了光产生的电流，并将其作为判断催化剂质量的标准。即使没有铜，新型氮化碳的活性也比传统氮化碳高 44 倍。然而，令我们惊讶的是，每 1 克氮化碳仅添加 1 毫克铜，该效率就增加了四倍。最重要的是，选择性从另一种温室气体甲烷转变为有价值的绿色燃料甲醇。”

诺丁汉大学化学 学院教授安德烈·赫洛比斯托夫 (Andrei Khlobystov) 表示：“二氧化碳增值是实现英国净零目标的关键。确保我们的催化剂材料对于这一重要反应的可持续性至关重要。新催化剂的一大优点是它由可持续元素组成——碳、氮和铜——这些元素在我们的星球上都非常丰富。”

本发明代表了深入了解CO 2转化中的光催化材料的重要一步。它开辟了一条创造高选择性和可调节催化剂的途径，通过在纳米尺度上控制催化剂可以得到所需的产物。

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