维度网讯，由华盛顿大学圣路易斯分校麦凯尔维工程学院领导的一个国际研究团队开发了一种新技术，可将二氧化碳通过可再生电力转化为高附加值化学品的成本降低约25%，同时提高了催化剂的耐用性。
该技术避免了当来自太阳能或水力等可再生能源的电力供应频繁中断时催化剂材料遭受的退化，使催化剂能够连续工作长达750小时而不损失性能。这对于碳捕集与利用工业流程与基于可再生能源的能源系统整合尤为重要，后者发电本身具有波动性和间歇性。
大部分实验工作在华盛顿大学能源、环境与化学工程系劳伦和李·菲克塞尔特聘教授冯娇（Feng Jiao）的实验室进行，由该实验室前博士后研究员Wanyu Deng和博士生Ahryeon Lee领导。研究目标是通过使电化学系统的运行适应可再生电力的可用性，寻找到一种更经济的方法将残留的二氧化碳转化为醋酸盐等有用化合物。
研究人员设计了一个系统，能够在电价低时增加产量，并在能源成本上升时减少或暂停生产。但反复完全关闭催化剂会导致其组件逐渐退化，损害长期效率。北京大学的Yifei Xu和Bingjun Xu使用原位拉曼光谱分析发现，反复开关循环会降解铜阴极。当一氧化碳存在时，铜碳酸盐在表面积累；在氩气存在下，铜被氧化形成氧化铜。
解决方案是用受控停止策略替代完全关闭。研究人员将铜阴极维持在最低工作水平，低于通常电流密度的1%，这一微小电流足以防止碳酸盐的形成和铜的氧化，从而在长时间运行中保持催化剂的完整性。加州理工学院的William Andrew Goddard III合作开发了计算模型，以更详细地理解反应机理及铜催化剂表面碳酸盐和氢氧化物的形成过程。
冯娇表示，下一步将设计更稳健的催化系统，并开发能够简单集成到一氧化碳电解工业过程中的策略。这些进展对于确保间歇性可再生电力下的可靠运行至关重要，并将加速将二氧化碳转化为工业价值化学品的可持续技术部署。
