3月6日消息,苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)的研究团队日前公布了一项重要成果。他们开发出一种高效转化路径,能够将空气中的二氧化碳与氢气成功转化为甲醇,这一成果为“绿氢”提供了极具前景的存储载体。
这里需要解释一下:所谓的绿氢或绿色甲醇,是指利用可再生能源(如风能、太阳能)电力电解水制取的氢气(即绿氢),再与捕获的二氧化碳反应生成的甲醇。在整个生命周期内,这个过程不会额外增加大气中的碳排放,因此被视为未来清洁能源体系的关键组成部分。
甲醇不仅是化学工业的关键基础原料,更是一种潜力巨大的绿色能源载体。它在常温下呈液态,能够直接用于船舶发动机等设备。在能量密度方面,常温液态甲醇的表现与冷却至零下200摄氏度、加压至700巴的氢气相当。

因此,以甲醇形式储存能量具有双重优势:一方面可以降低相关技术应用的门槛,另一方面也能简化后续的使用流程。不过,当前实现商业化面临的主要挑战在于,需要大幅优化甲醇合成的反应过程以提高效率。
为突破合成效率的瓶颈,研究团队摒弃了传统上包含数千个原子的催化剂颗粒,转而采用单个钌原子作为催化活性中心。相比于铂等贵金属,钌在地球上的储量相对更为丰富。
测试数据显示,这种单原子钌催化材料将甲醇产量显著提升了70%。在这种极限尺度下,每一个钌原子都能切实降低将氢气转化为甲醇所需的反应能耗,从而最大化利用效率。


在具体制备工艺上,研究人员将单个钌原子精准固定在氧化锆载体表面。锆同样属于稀有元素,但其地壳丰度大约是钌的40倍。不过,制备这种催化表面需要至少2000摄氏度的高温环境。
尽管目前该工艺仍较为复杂且成本高昂,但其背后的理论依据将极大推动甲醇及其他化学品的高效生产。凭借单原子催化带来的极高测量精度,科学家未来能够更透彻地解析化学反应机制,排除以往颗粒催化剂中未参与反应原子所带来的数据干扰,从而持续优化绿色甲醇的工业化制备流程。
附上参考资料
