多年來，化學家們一直致力于利用廢棄分子合成高價值材料?，F在，國際科學家正在合作探索利用電力簡化這一過程的方法。
研究人員在《自然催化》雜志上發(fā)表的研究中證明，溫室氣體二氧化碳可以高效地轉化為一種名為甲醇的液體燃料。
這一過程需要將酞菁鈷 (CoPc) 分子均勻地鋪在碳納米管上，碳納米管是一種具有獨特電性能的石墨烯類管。碳納米管表面有一層電解質溶液，通過電流， CoPc 分子就能獲得電子，并利用電子將二氧化碳轉化為甲醇。
研究人員利用一種基于原位光譜的特殊方法可視化化學反應，首次看到這些分子轉化為甲醇或一氧化碳，而這并不是所需的產物。他們發(fā)現，反應的路徑取決于二氧化碳分子反應的環(huán)境。
通過控制 CoPc 催化劑在碳納米管表面的分布方式來調整這種環(huán)境，可使二氧化碳產生甲醇的可能性提高八倍，這一發(fā)現可以提高其他催化過程的效率，并對其他領域產生廣泛影響，這項研究的共同作者、俄亥俄州立大學化學和生物化學教授羅伯特貝克說。
“當你把二氧化碳轉化成其他產品時，你可以制造出許多不同的分子，”他說。“甲醇絕對是最理想的分子之一，因為它的能量密度很高，可以直接用作替代燃料。”
雖然將廢棄分子轉化為有用產品并不是一個新現象，但到目前為止，研究人員往往無法觀察反應的實際發(fā)生情況，而這對于優(yōu)化和改進這一過程至關重要。
“我們可能憑經驗優(yōu)化了某種物質的工作原理，但我們并不真正了解是什么讓它起作用，或者是什么讓一種催化劑比另一種催化劑更有效，”貝克說，他的研究領域是表面化學，即研究化學反應在不同物體表面發(fā)生時如何變化。“這些都是很難回答的問題。”
但借助特殊技術和計算機建模，該團隊已明顯接近掌握這一復雜過程。這項研究的主要作者、前俄亥俄州立大學校長學者朱全松說，在這項研究中，研究人員使用了一種新型振動光譜法，這使他們能夠看到分子在表面的行為。朱全松的挑戰(zhàn)性測量對這一發(fā)現至關重要。
朱說：“我們可以通過它們的振動特征判斷出，這是同一種分子處于兩種不同的反應環(huán)境中。我們能夠將其中一種反應環(huán)境關聯起來，后者負責生成甲醇，這是一種有價值的液體燃料。”
根據研究，更深入的分析還發(fā)現這些分子直接與稱為陽離子的超帶電粒子相互作用，從而增強了甲醇的形成過程。
貝克說，還需要進行更多研究來了解這些陽離子還具有哪些功能，但這樣的發(fā)現對于實現更有效的甲醇生產方式至關重要。
貝克說：“我們看到了非常重要的系統，并了解到人們長期以來一直想知道的事情。了解分子水平上發(fā)生的獨特化學反應對于實現這些應用非常重要。”
除了作為飛機、汽車和船舶等交通工具的低成本燃料外，由可再生電力生產的甲醇還可用于供暖和發(fā)電，并推動未來的化學發(fā)現。
“根據我們在這里學到的知識，接下來可以實現很多令人興奮的事情，其中??一些我們已經開始合作了，”貝克說。“這項工作正在進行中。”
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