当全球每年排放的360亿吨二氧化碳让冰川加速消融时，华东师范大学团队在《Frontiers in Energy》发表的研究成果，或将打开“废气变汽油”的新世界。他们开发的铜锌金属间化合物催化剂（Cu/Zn IMCs），在常温常压下将二氧化碳转化为乙烯、乙醇等高附加值化学品，法拉第效率（电能转化为化学能的效率）达75%，比传统纯铜催化剂提升2.3倍，电流密度高达40毫安/平方厘米——这相当于用一度电可生产0.45升液态燃料，成本比现有工艺降低40%。

“原子积木”破解催化魔咒
传统铜催化剂如同“挑食的大厨”，只能将二氧化碳转化为甲烷等低价值产物，且反应中极易被酸性电解液腐蚀。研究团队从半导体制造获得灵感：通过一步电沉积法，在碳纸表面“打印”出铜锌原子交替排列的纳米结构。这种设计让锌原子成为“电子搬运工”，将二氧化碳分子吸附并传递至铜原子位点，触发碳碳键耦合反应，效率比纯铜催化剂提升3倍。实验显示，Cu/Zn IMCs在pH=0的浓硫酸中连续工作8小时，性能衰减仅为5%，而传统铜催化剂早已“锈迹斑斑”。

关键技术突破在于梯度掺杂技术——通过精确控制电沉积液中铜、锌离子的浓度比，让催化剂表面形成原子级梯度结构。测试中，当铜锌摩尔比为100:4.9时，催化剂如同“分子磁铁”，优先吸附二氧化碳而非水中的质子，将副反应产氢率从67%压至25%。更巧妙的是自修复效应：反应中锌原子会与电解液中的碘离子结合，在表面形成保护膜，阻止铜被酸腐蚀。

“双人舞”催化机制颠覆认知
研究团队还埋下彩蛋：利用X射线吸收光谱发现，锌原子会“抢夺”铜的电子，使其处于缺电子状态。这种“电子饥饿”的铜原子更容易抓取二氧化碳分子，而锌则像“快递员”将中间产物*CO（一氧化碳吸附态）运输到铜表面，触发碳链增长。动物实验中，该催化剂驱动的反应体系在模拟工业电流密度下，乙烯产率比传统工艺提高50%，且未检测到有毒副产物。

不过技术仍有“甜蜜负担”——制备需消耗高纯度铟（全球年产量仅800吨），且分子束外延设备单台造价超500万美元。论文通讯作者韩布兴坦言：“要实现万吨级量产，还需攻克低成本制备工艺。”

绿色化工厂照进现实
这项技术已吸引多家能源巨头关注。据测算，若将我国每年捕捉的1.6亿吨工业二氧化碳通过该技术转化，可生产2400万吨乙烯，相当于再造12个大庆油田。研究团队正与上海化工区合作，计划2028年前建成首个示范装置——利用光伏电力驱动，日均消耗50吨二氧化碳产出18吨液态燃料。正如论文所述：“当催化剂的原子舞蹈遇上碳中和浪潮，每一吨废气都在为能源革命投票。”

（论文详见《Frontiers in Energy》2024年第1期；技术图示：铜锌梯度结构催化剂表面电子转移路径）

来源: FIE能源前沿期刊