研究人员开发了一种封装的钴-镍合金，显著提高了高温二氧化碳（CO2）转化的效率和耐久性，这是一种有前景的碳回收和可持续燃料生产技术。
我们都听说过，需要紧急解决二氧化碳（CO2）排放问题，但如果我们可以将这种温室气体转化为有用的化学品或燃料呢？电化学CO2转化——将二氧化碳转变为有价值产品的过程——是实现绿色能源和减少排放的有前景的途径。关键是什么？现有的方法要么持续时间不长，要么消耗过多的能源，限制了它们的实际应用。
例如，低温CO2转化通常持续不到100小时，效率低于35%。在更高温度下（600到1,000摄氏度之间），该过程可以更为实用，但当前的催化剂往往迅速磨损或需要昂贵的贵金属。该技术需要一种高效、稳定且具有成本效益的解决方案，可以将CO2转化为有用的产品，如一氧化碳——许多工业过程中的关键成分。
现在，瑞士洛桑联邦理工学院的Xile Hu教授领导的团队制造了一种新型催化剂，承诺使这一高温转化过程更加实用和经济。该催化剂可以加速向更清洁工业的过渡，将CO2转化为可用的化学品和燃料。
研究人员开发了一种创新催化剂，由封装于一种名为Sm2O3掺杂CeO2（SDC）的陶瓷材料中的钴-镍（Co-Ni）合金制成。封装防止金属聚集（聚集在一起），这是降低催化剂效果的常见问题。令人印象深刻的是，他们的催化剂在90%能量效率、100%产品选择性下运行，并在前所未有的2,000小时内保持其性能，远超过现有技术。
为了制造该催化剂，第一作者及EPFL博士后Wenchao Ma使用了溶胶-凝胶法，这一过程将金属盐与有机分子混合，以形成被陶瓷外壳包裹的小金属簇。他们测试了不同金属的组合，发现钴和镍的平衡混合提供了最佳性能。与传统催化剂不同，传统催化剂在高温下迅速降解，而封装合金保持稳定，即使在数千小时的连续操作后也保持其效率。
结果令人惊讶。这种新催化剂在800摄氏度下仍保持90%的能量效率，同时将CO2转化为一氧化碳——一种在工业过程中使用的有价值化学品——具有100%的选择性。简单来说，反应中使用的几乎所有电力直接贡献于生产所需的化学品，没有浪费的副反应。
这一突破使我们更接近实用和具有成本效益的碳回收。行业可以重复使用CO2，将废气转化为有价值的产品，而不是将其释放到大气中。该技术可以帮助各行业减少其环境足迹，同时节省能源和资金。
EPFL团队的催化剂在工业相关条件下保持稳定超过2,000小时，这一里程碑大大降低了运营成本。根据研究人员的初步估计，与现有技术相比，他们的方法可以将总体成本降低60%至80%。
该催化剂是实现更清洁工业的重要一步。通过高效地将CO2转化为有价值的产品，我们可以设想一个未来，在这个未来，工业能够像今天回收纸张和塑料一样常规回收碳排放。EPFL团队已为该催化剂提交了国际专利申请。
其他贡献者
- 加泰罗尼亚化学研究所（ICIQ-CERCA）
- 国立台湾大学
- 丹麦技术大学
