leiphone 譚樊馬克
photo credit: UC Berkeley
隨著濫砍濫伐加劇，碳排放加重，大氣層內溫室氣體濃度劇增，讓全球氣溫變暖這一問題日益嚴重。化學家一直夢想著讓這些碳良好利用，而其中有潛力的方式便是製造生物燃料。
目前，我們還無法直接讓生物燃料填滿油箱並在引擎內燃燒，但科學家已讓這個夢想進一步接近現實。這項研究由加州大學伯克利分校楊培東院士發起，論文已發表在《自然通訊（Nature Communication）》。
這項技術的關鍵，在於精確地模仿光合作用機理，將二氧化碳轉為羧酸和一氧化碳。在過去，這樣的反應需要巨大的能量，以至於無法實現。好在如今科學家找到了一種催化劑，與二氧化碳結合後激發反應，而自身不受反應消耗。
研究團隊試驗了好幾種納米粒子合金，終於發現電子元件之間的幾何結構會主導原子排列，乃至進一步影響金屬與二氧化碳的結合能力。
“協同作用之下，電子和幾何效應決定了反應中間體與二氧化碳的結合強度，因此催化劑的選用和電化學還原二氧化碳的效果息息相關，”楊院士在出版刊物上如此闡述，“在未來，要想設計出一種同時具有良好活性和選擇性的二氧化碳還原催化劑，就需要平衡好這兩種效果，我們的研究已揭示出如何精心地達成平衡。”
研究人員試驗了許多種合金，最終發現某種金 - 銅雙金屬納米粒子合金所達成的效果最令人滿意，對未來進一步將二氧化碳轉化為生物燃料更是大有潛力。儘管這套系統未必最完美，這項技術在未來會進一步細化，提升至更高水準。
“有序分子充當著明確的平臺角色，讓我們更好地明白其在二氧化碳還原中的基本催化活性，”楊院士解釋道，“基於我們的觀察，金 - 銅雙金屬納米粒子合金的活性可以被解釋為：反應中間體使用不同的表面組分調整結合能力，而影響電子效應；活躍點的原子排列讓催化劑偏離比例關係，而影響幾何效應。”
除了減少二氧化碳，研究人員還認為，這種催化劑還有別的意義，可以誘發其他反應。
“我們期待我們所觀測到的效應同時也適用於其他許許多多種的催化劑，如也能在析氫和吸氧這一氧化還原反應中找到相應的催化劑，”共同作者金度亨（Dohyung Kim）補充，“我們已經確定的因素則基於催化固體概念。”
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