使用维生素 C 将二氧化碳转化为乙烯的催化剂

一个联合研究小组开发了一种新型电化学催化剂，可促进二氧化碳(CO 2 )转化为乙烯(C 2 H 4)。

通过DGIST能源科学与工程系的Dae-hyun Nam和Youn-gu Lee教授以及西江大学化学与生物分子工程系的Seo-in Back教授的共同努力，研究小组设计了一项技术通过将维生素C掺入非均相体系的二氧化碳还原催化剂中，大幅提高乙烯产量。

这是基于以下观察：空气中二氧化碳的存在会影响水果中的维生素 C 水平。

二氧化碳的电化学还原作为“环保能源”的基本技术正在获得认可。该过程旨在降低大气中二氧化碳的浓度，同时产生更清洁的未来能源。然而，现有的电化学催化剂在高电流密度条件下实现一致的催化性能面临挑战。

这种限制阻碍了重要中间产物一氧化碳的形成，而一氧化碳在乙烯转化中起着关键作用。相反，这些催化剂倾向于引发氢气生成反应而不是二氧化碳还原反应。

因此，为了无缝还原二氧化碳，通过电化学催化剂在高电流密度下实现一氧化碳中间产物的稳定形成并促进两种一氧化碳中间产物结合的二聚化具有重要意义。

因此，DGIST Nam教授领导的研究小组根据水果中维生素C含量在高浓度环境下减少的现象，设计了一种将维生素C的氧化还原反应与二氧化碳的电化学还原结合起来的方法二氧化碳。

研究小组用石墨烯量子点合成了维生素C，并通过将合成材料与铜结合制备了“维生素C增强铜纳米线”。这种方法通过石墨烯量子点的纳米限制效应帮助稳定维生素C，并实现氧化还原的可逆性。

此外，维生素 C 的氧化还原反应持续向二氧化碳提供电子和质子，促进二聚过程并产生一氧化碳中间产物。因此，与传统的铜纳米线催化剂相比，新开发的催化剂的乙烯产量提高了 2.9 倍。

此外，研究小组通过实时拉曼光谱分析和计算机模拟发现，石墨烯中限制的维生素C优化了一氧化碳中间产物和铜催化剂的结合。研究团队还通过验证可以传递电子和质子，确定了催化剂的工作原理，基于强氢键促进二氧化碳的还原反应。

DGIST的Nam教授表示：“这项研究创造了一种电化学催化剂，能够通过还原二氧化碳大规模生产乙烯，并揭示了一种新颖的反应机制。这项技术有望在通过转化二氧化碳实现碳中和方面发挥关键作用。” ——全球变暖的一个主要因素——转化为高价值化合物。”

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