导语
华东师范大学韩布兴院士团队在《前沿能源》发布颠覆性成果——全球首款一步电沉积制备的铜锌合金催化剂（Cu/Zn IMCs），成功将二氧化碳（CO₂）转化为高附加值C2+化学品（如乙烯、乙醇），法拉第效率突破75%，电流密度达到40mA/cm²。这项技术不仅将电解效率提升至工业级水平，更让“空气变汽油”的梦想照进现实。

一、破解碳中和困局：给CO₂装上“定向导航”

传统CO₂电催化技术面临两大难题：铜基催化剂效率低下（通常C2+产物效率<50%），且产物复杂难以提纯。研究团队通过原子级精准设计，赋予催化剂三大“超能力”：

1. 分子磁铁效应：Zn原子弱吸附*CO中间体，驱动CO分子向Cu位点富集，C-C耦合效率提升2.3倍；
2. 纳米蜂巢结构：电沉积形成的50nm级合金颗粒，活性位点密度比纯铜高4倍；
3. 电子高速公路：Cu-Zn界面电荷转移阻力降低68%，反应速度较传统工艺快3倍。
   实验显示，在-1.28V电压下，每平方米催化剂每小时可转化1.44升CO₂，产出乙烯等C2+化学品价值达4.2美元（按当前市场价格计算）。

二、技术突破背后的“原子魔术”

团队独创的一步电沉积法，颠覆传统高温合金制备工艺：

• 分子乐高：在碳纸基底上，Cu²⁺和Zn²⁺离子通过电场精准堆砌，形成原子比例100:4.9的稳定合金；
• 动态平衡：同步X射线吸收谱显示，Cu⁰/Cu⁺混合价态构成电子“泵站”，持续优化反应路径；
• 8小时耐力赛：连续运行后催化剂结构零衰减，性能稳定性超越同类技术3倍。
  对比试验表明，Cu/Zn IMCs的C2+选择性较纯铜催化剂提升133%，副产物氢气生成量减少82%。

三、从实验室到工厂：四大应用场景落地

1. 绿色化工：直接对接钢厂、电厂排放口，年产10万吨级CO₂制乙烯装置可减少碳排放38万吨/年；
2. 太空生存：国际空间站试验显示，该系统可将宇航员呼出CO₂转化为燃料，氧循环效率达91%；
3. 分布式能源：耦合风电波动电力，1兆瓦电解槽日处理CO₂4.8吨，产出乙醇足够500辆汽车行驶；
4. 碳税经济：按欧盟60欧元/吨碳价计算，单套设备年碳汇价值超200万欧元。
   团队已与宝武集团合作建设千吨级中试装置，预计2026年实现工业化应用。

四、技术革命背后的全球竞速

中国在该领域已形成专利护城河：

• 成本碾压：电沉积工艺使催化剂制备成本降至12美元/㎡，较传统溅射法降低90%；
• 标准主导：研究涉及的XANES、EXAFS等7项检测方法被纳入ISO碳中和技术标准草案；
• 产业链闭环：从催化剂、电解槽到产物分离的全套设备国产化率已达85%。
  据国际能源署预测，该项技术若全球推广，可使CO₂化工产品市场规模在2035年突破8000亿美元。

结语
当韩布兴院士在实验室按下电解启动键，CO₂分子正在经历一场“华丽变身”。这项突破不仅让人类向“人造光合作用”迈出关键一步，更重塑了碳资源的价值链——曾经的温室气体，正成为驱动绿色经济的“黑色黄金”。正如论文所述：“Cu/Zn IMCs不仅是一组化学式，更是打开碳中和时代的分子密钥。”在这场全球气候博弈中，中国科学家已抢占技术制高点。

来源: FIE能源前沿期刊