维度网讯，劳伦斯伯克利国家实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory）与加州大学伯克利分校（UC Berkeley）、爱沙尼亚国家化学物理与生物物理研究所（National Institute of Chemical Physics and Biophysics）的研究人员合作，实时观察到了二氧化碳在500°C（932°F）熔盐中转化为固态碳的完整过程。相关成果发表在《自然·通讯》（Nature Communications）期刊上。
该技术基于熔盐电解原理。保持在高温下的液态盐在两个电极之间导电，当二氧化碳进入熔盐后，电流会剥离其氧原子，还原反应将纯固态碳沉积在阴极上。此前，在分子尺度上观测这一过程几乎无法实现，因为热液态盐具有高度腐蚀性，会迅速破坏标准实验室光学器件。研究团队为此设计了一种配备耐热透镜的专用反应池，使定制显微镜能够在500°C条件下、反应池运行期间连续捕获视觉数据。
实时录像显示，化学转化发生在两个不同阶段。二氧化碳并非直接变为固态碳，而是先形成一种中间化学状态，随后才沉积在电极上。研究人员测试了不同的盐混合物和电极材料，发现所有组合中基本的两步反应保持不变，但改变材料会改变沉积碳的物理结构——不同的电极表面和盐化学性质导致碳原子以不同的几何构型排列。对物理结构的控制是这项研究的关键技术进展。电池级石墨需要非常特定的晶体取向，在电动汽车电池中，碳层必须均匀间隔，以便携带能量的离子能在其间平滑滑动。由于改变输入材料会改变最终的碳排列，科学家可以据此调整系统以生产电池级石墨。
参与该项目的伯克利实验室科学家迈克·惠特克（Mike Whittaker）表示，这是利用熔盐合成关键材料和电池材料这一更大规模努力中的重要进展。他指出，如果能在低温下使用廉价盐运行该过程，便可在许多地方实施并产生足够的石墨进入电池供应链。不过，在实现工业规模运行之前仍存在工程挑战。当前系统需持续供能以保持盐处于500°C的液态。团队总结称，下一步需要确定熔盐、电极材料、温度和电压的最佳组合以制备石墨等碳材料，同时还需要扩大该方法产能至工业可用水平。从微观反应池放大到全尺寸反应器，需谨慎管理气体流动、热分布及更大电极表面上的电流密度。若这些操作障碍得到解决，该技术将可直接利用捕获的工业排放物供应合成石墨。
