華中科大“零碳”制造技術打破多項世界紀錄

中國教育報-中國教育新聞網訊（記者 程墨 通訊員 劉雪茹 范千）二氧化碳能制衣服？還能制香水？華中科技大學光電信息學院龐元杰教授團隊歷時4年，以二氧化碳為原料高效制備醋酸，揭開了“零碳”制造夢想的一角。團隊研究成果在多項指標上打破了世界紀錄，并于5月3日在《自然》發(fā)表。

醋酸，又名乙酸，是一種重要的有機化工原料，制造化纖衣物、香水香氛、塑料加工品等都需要大量使用醋酸這一原料。“傳統(tǒng)方法生產醋酸通常是采用化學合成或淀粉發(fā)酵法，用這些方法，每生產1千克醋酸會排放約1.6千克二氧化碳?！蔽覈鳛槿澜绲谝淮蟠姿嵘a國，醋酸年產量超過800萬噸，給生態(tài)環(huán)境帶來了巨大壓力?！拔覀儓F隊一直致力于‘零碳’制造，希望為實現(xiàn)‘雙碳’目標貢獻一份科技力量。”

為了實現(xiàn)夢想，龐元杰教授團隊以醋酸為目標產物，聯(lián)合多倫多大學E.H.Sargent小組、武漢理工大學麥立強小組，通過電催化二氧化碳還原技術，實現(xiàn)了醋酸的“零碳”制造。研究成果顯示，該實驗使用二氧化碳和水為原料，生成乙酸這一種主要產物，并能夠連續(xù)820小時保持乙酸生成率80%以上，在選擇性、能量轉化效率、穩(wěn)定性上打破了世界紀錄。

電催化二氧化碳還原技術是一種極具潛力的清潔能源存儲手段。但是在電解過程中，如何高選擇性、高速地生產單一高附加值產物卻是團隊困擾已久的問題。龐元杰表示，利用高壓裝置和催化劑上的創(chuàng)新，團隊以電催化二氧化碳還原技術為基礎，采用“兩步法”二氧化碳還原途徑，穩(wěn)定住醋酸反應路徑的關鍵中間基團，最終高產率合成了醋酸。

依托于該技術，不僅是醋酸這類羧酸類化學品，烴類、醇類等重要化學品也有望實現(xiàn)“零碳”制造，也能讓二氧化碳在醫(yī)藥、燃料、化工原料的生產過程中得到更廣泛的應用。該技術可以將太陽能發(fā)電板發(fā)出的電能轉換為便于儲存的燃料化學能，再將燃料化學能有序釋放，實時滿足生活和生產的各種用能需求。選用合適的催化劑還可以進行乙醇（酒精）的生產，從而擺脫對以農作物為原料生產乙醇的依賴，減少對土地和糧食的資源消耗，使乙醇能夠更大范圍地應用于清潔能源。