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美國研究人員最近在《美國國家科學(xué)院院刊》上發(fā)表的最新論文中描述了他們發(fā)明的一種新催化劑，可以通過增加化學(xué)反應(yīng)中長鏈碳氫化合物的產(chǎn)量將二氧化碳轉(zhuǎn)化為其他有用的化學(xué)物質(zhì)，如丙烷、丁烷或其他碳氫化合物燃料。
這種新的催化劑是由元素釕（一種屬于鉑族的稀有過渡金屬）組成的，涂有一層薄薄的塑料。像任何催化劑一樣，這項發(fā)明加速了化學(xué)反應(yīng)，但在這個過程中不會耗盡。釕也比其他優(yōu)質(zhì)催化劑（如鈀和鉑）便宜。在同等條件下，新催化劑產(chǎn)生的丁烷是標準催化劑在最大壓力下產(chǎn)生最長碳氫化合物的1000倍。
斯坦福大學(xué)化學(xué)工程師馬泰奧·卡涅羅團隊花了7年時間來發(fā)現(xiàn)和改進這種新催化劑。新催化劑從反應(yīng)中生產(chǎn)汽油的能力是一個突破。卡涅羅實驗室的反應(yīng)器只需要更大的壓力來生產(chǎn)所有用于汽油的長鏈碳氫化合物，因此它們正在建造一個更高的壓力反應(yīng)器。
汽油在室溫下是液態(tài)的，比甲烷、乙烷、丙烷等難以儲存和揮發(fā)的“短鏈兄弟”更容易處理?？_的團隊設(shè)想了一個碳中和循環(huán)，其中二氧化碳被收集并轉(zhuǎn)化為燃料再次燃燒，由此產(chǎn)生的二氧化碳重新開始循環(huán)。
研究人員解釋說，反應(yīng)性顯著提高的關(guān)鍵是釕上的多孔塑料層。未涂層的催化劑效果很好，但只產(chǎn)生甲烷，這是最短鏈的碳氫化合物，只有一個碳原子和四個氫鍵合。多孔聚合物控制碳氫比，使我們能夠從相同的反應(yīng)中產(chǎn)生更長的碳鏈。研究人員使用同步加速器技術(shù)來證明這種特殊而關(guān)鍵的相互作用。
卡涅羅承認，盡管長鏈碳氫化合物是捕獲碳的創(chuàng)新用途，但它并不完美。他還在研究其他催化劑和類似的工藝，將二氧化碳轉(zhuǎn)化為有價值的工業(yè)化學(xué)品，如烯烴、甲醇和乙醇，這些都可以在不“返回天空”的情況下隔離碳。
大氣中的二氧化碳能成為構(gòu)成化石燃料的長鏈碳氫化合物嗎？當然可以，它需要自然光合作用和數(shù)百萬年地質(zhì)活動帶來的高熱和高壓?？茖W(xué)家們不想等待數(shù)百萬年來合成化石燃料，所以他們使用化學(xué)領(lǐng)域的最新進展——催化劑，來完成“加速”。本文的新催化劑能以前所未有的速度從二氧化碳中產(chǎn)生碳分子。在這個“魔法”的過程中，廢棄的二氧化碳和大量的氫轉(zhuǎn)化為乙烷、丙烷和丁烷鏈。所有這些都是燃料的來源。
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