二氧化碳转化为一氧化碳 一氧化碳还原二氧化碳方程式

来自加拿大多伦多大学的化学家和太阳能燃料专家Edward Sargent对于这项新研究表示赞赏：“这种新的发展令人振奋。甲烷的生成对于利用现有基础设施进行储存、分配和利用燃料具有重要意义。”

在，甲烷已逐渐取代煤成为主要的发电燃料。当甲烷燃烧时，它分解为二氧化碳和水，并释放出热量用于发电。而通过阳光产生甲烷的过程则是一个逆反应，从二氧化碳和水开始，借助电力来重组甲烷的化学键。

实现这一转化并不容易。因为要将一个二氧化碳分子转化为甲烷分子，需要加入8个电子和4个质子。这一过程需要能量来驱动反应。金属催化剂在此中起到关键作用，它们促进反应分子的结合，从而提高反应发生的可能性并降低能量消耗。

在过去的几年中，科学家曾探索使用铜微粒与吸光材料结合来将二氧化碳转化为更富能量的化合物。虽然显示出初步潜力，但效率和速度都还不够高。于是，科研人员开始尝试将铜与其他金属结合使用。

密歇根大学安娜堡分校的电气工程师Zetian Mi及其团队在纳米线技术上取得了重要突破。他们将两种金属微粒置于细小的纳米线上，这些纳米线如同微型太阳能电池，能够吸收阳光并将其转化为电能，为催化剂的反应提供所需的电子。

在2016年的研究中，含铜和金的催化剂被证实能够有效地将二氧化碳转化为一氧化碳。而到了2019年，Mi团队进一步开发出一种基于钌和锆的催化剂，能够有效地将二氧化碳转化为甲酸盐（一种工业上有用的化合物）。

最近，Mi和他的同事找到了解决广泛使用燃料问题的关键。他们利用电沉积技术，在商用硅晶圆上生长的氮化镓（GaN）纳米线中加入了宽5至10纳米的铜铁混合微粒。在光照条件下，该装置在存在二氧化碳和水的情况下，能够将光中高达51%的能量转化为甲烷。

该新型催化剂的相关研究已经发表在《科学院院刊》上。这是将二氧化碳转化为甲烷的光驱动催化剂中，效率和产量有史以来最高的记录。计算机模拟显示，两种金属与二氧化碳分子的结合方式使得分子更易发生反应并吸收电子。

值得一提的是，与许多其他光吸收剂和催化剂相比，这种方法使用的所有组件都是廉价且丰富的，并且在工业上已有广泛应用。Sargent指出，提高甲烷生产的效率和速度是使现行系统可行的必要条件。一旦实现这一目标，新方法将为利用阳光制造燃料提供一条可行之路。