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華中科大“零碳”制造技術(shù)打破多項(xiàng)世界紀(jì)錄

2023-05-05 17:54:05 來源：中國教育新聞網(wǎng) 分享

(資料圖片僅供參考)

二氧化碳能制衣服？還能制香水？華中科技大學(xué)光電信息學(xué)院龐元杰教授團(tuán)隊(duì)歷時(shí)4年，以二氧化碳為原料高效制備醋酸，揭開了“零碳”制造夢(mèng)想的一角。團(tuán)隊(duì)研究成果在多項(xiàng)指標(biāo)上打破了世界紀(jì)錄，并于5月3日在《自然》發(fā)表。

醋酸，又名乙酸，是一種重要的有機(jī)化工原料，制造化纖衣物、香水香氛、塑料加工品等都需要大量使用醋酸這一原料。“傳統(tǒng)方法生產(chǎn)醋酸通常是采用化學(xué)合成或淀粉發(fā)酵法，用這些方法，每生產(chǎn)1千克醋酸會(huì)排放約1.6千克二氧化碳。”我國作為全世界第一大醋酸生產(chǎn)國，醋酸年產(chǎn)量超過800萬噸，給生態(tài)環(huán)境帶來了巨大壓力。“我們團(tuán)隊(duì)一直致力于‘零碳’制造，希望為實(shí)現(xiàn)‘雙碳’目標(biāo)貢獻(xiàn)一份科技力量。”

為了實(shí)現(xiàn)夢(mèng)想，龐元杰教授團(tuán)隊(duì)以醋酸為目標(biāo)產(chǎn)物，聯(lián)合多倫多大學(xué)E.H.Sargent小組、武漢理工大學(xué)麥立強(qiáng)小組，通過電催化二氧化碳還原技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了醋酸的“零碳”制造。研究成果顯示，該實(shí)驗(yàn)使用二氧化碳和水為原料，生成乙酸這一種主要產(chǎn)物，并能夠連續(xù)820小時(shí)保持乙酸生成率80%以上，在選擇性、能量轉(zhuǎn)化效率、穩(wěn)定性上打破了世界紀(jì)錄。

電催化二氧化碳還原技術(shù)是一種極具潛力的清潔能源存儲(chǔ)手段。但是在電解過程中，如何高選擇性、高速地生產(chǎn)單一高附加值產(chǎn)物卻是團(tuán)隊(duì)困擾已久的問題。龐元杰表示，利用高壓裝置和催化劑上的創(chuàng)新，團(tuán)隊(duì)以電催化二氧化碳還原技術(shù)為基礎(chǔ)，采用“兩步法”二氧化碳還原途徑，穩(wěn)定住醋酸反應(yīng)路徑的關(guān)鍵中間基團(tuán)，最終高產(chǎn)率合成了醋酸。

依托于該技術(shù)，不僅是醋酸這類羧酸類化學(xué)品，烴類、醇類等重要化學(xué)品也有望實(shí)現(xiàn)“零碳”制造，也能讓二氧化碳在醫(yī)藥、燃料、化工原料的生產(chǎn)過程中得到更廣泛的應(yīng)用。該技術(shù)可以將太陽能發(fā)電板發(fā)出的電能轉(zhuǎn)換為便于儲(chǔ)存的燃料化學(xué)能，再將燃料化學(xué)能有序釋放，實(shí)時(shí)滿足生活和生產(chǎn)的各種用能需求。選用合適的催化劑還可以進(jìn)行乙醇（酒精）的生產(chǎn)，從而擺脫對(duì)以農(nóng)作物為原料生產(chǎn)乙醇的依賴，減少對(duì)土地和糧食的資源消耗，使乙醇能夠更大范圍地應(yīng)用于清潔能源。

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