革命性研究揭示了将二氧化碳转化为有价值化学品的关键过程

一项开创性的研究利用先进的光谱技术和理论框架，增强了我们对将二氧化碳（CO2）转化为有价值产品（如乙烯和乙醇）的复杂反应的理解。这项研究代表了化学行业可持续实践的重要进展。

由弗里茨·哈伯研究所的界面科学部门和加泰罗尼亚化学研究所进行的一项开创性研究已在期刊《自然能源》上发表。该研究利用复杂的光谱技术和理论方法，阐明了将二氧化碳（CO₂）转化为有价值物质（如乙烯和乙醇）的复杂过程。这项工作为化学工业的可持续方法增强了巨大潜力。

CO₂还原：有价值化学品的途径

二氧化碳的电化学还原（CO₂RR）是一项前景广阔的技术，依赖可再生能源将CO₂转化为高价值化学品，有效地关闭碳循环。乙烯和乙醇是该研究的重点，因为它们分别对创造环保塑料和燃料至关重要。然而，涉及这种转化的具体机制和中间步骤直到现在仍未完全理解。对这些机制的更好理解对于智能地设计活性位点是必要的，这些活性位点在合成的前催化剂中存在，并且可以通过与反应物和中间体的相互作用在反应中发展。

关键发现：光谱分析与理论支持

研究小组由阿尔诺·伯格曼博士、贝阿特丽斯·罗尔丹·库尼亚教授和努里亚·洛佩斯教授领导，利用原位表面增强拉曼光谱（SERS）和密度泛函理论（DFT）探讨了铜（Cu）电催化剂上的分子物种，并深入了解反应机制。他们的结果表明，当某些称为*OC-CO(H)二聚体的特定中间体在不足配位的铜位点上发展时，乙烯的形成会发生。另一方面，生产乙醇需要高度压缩和扭曲的铜位点配位环境，主要由重要中间体*OCHCH₂特征。

认识到表面结构的影响

这项研究的一大发现是表面结构在反应过程中的重要性。研究小组发现，不足配位的铜位点增强了CO的结合，这是还原过程的关键部分。这些标志着原子级不规则性的铜位点可能在反应条件下形成，提高了催化表面的有效性，从而导致乙烯和乙醇的产量增加。

这些见解对化学工业至关重要，特别是在塑料和燃料的制造方面。通过理解选择性生产乙烯和乙醇所需的具体条件和中间体，研究人员可以开发出更高效和环保的催化剂。这可能为CO₂的利用打开新的途径，有助于降低化学生产过程中碳足迹。

该研究是一次合作努力，借助来自西班牙的研究小组提供的理论支持。这种合作促进了对CO₂还原过程的全面探索，融合了实验和理论方法，以便深入理解。

来自弗里茨·哈伯研究所的界面科学部门和加泰罗尼亚化学研究所的研究标志着CO₂还原领域的重要进展。通过揭示产生乙烯和乙醇所涉及的关键中间体和活性位点，这项研究为创建更有效和可持续的催化过程奠定了基础。研究结果不仅增强了科学理解，还为降低CO₂排放和推动可持续化学生产提供了实际解决方案。