“点碳成金”的钴材料

刘志坚

二氧化碳的排放已经成为全球巨大的环保压力。如何利用大气中这些令人头痛的二氧化碳，世界各国的科学家殚精竭虑几十年，依然无法破解。直到最近中国国家物理科学实验室的研究团队，终于成功研发出一种“点碳成金”的钴材料，可以将二氧化碳气体转化为一种不会产生有毒副产物的清洁燃料——甲酸盐。

二氧化碳是大气的组成部分，但是随着全球经济的发展，二氧化碳的排放量逐年增多，其产生的温室效应，导致海平面上升，土壤沙漠化严重，已经严重影响人类的生存环境。尽管世界各国都在节能减排，但每年仍有大量的二氧化碳排放到大气中。据权威机构统计，人类每年排放到大气中的二氧化碳达到360亿吨，面对这个庞大的数字，研发一种将二氧化碳转化为有用能源的技术，成为各国科学家研究的重要课题。

经过多年的研究探索，科学家们一致认为二氧化碳经过电解还原，可以生成一种新的物质——甲酸盐，它具有易降解、低毒性和低成本的特征。在甲酸盐中加入钯基催化剂后制成的甲酸燃料电池，功率为甲醇燃料电池的两倍，是一种清洁高效的能源。同时甲酸盐还具有不易燃烧、容易存储和运输的特性，极具商品价值。如果这个目的达成，不仅可以有效解决环境污染问题，还可以产生巨大的经济效益。

但是，在研究过程当中，电解还原二氧化碳的过电压数值偏高，成为一道难以逾越的屏障，因为“过电压”是电极所维持的缓慢电化学反应导致损失的能量。数值偏高就意味着电解过程消耗的能量比产生出的燃料提供的能量还要大，根本没有经济效益。因此它必须保持在很小的量，才能保证有足够高的燃料产生率。

位于安徽合肥的中国国家物理科学实验室的研究团队，多年来一直致力于这一课题的研究，他们经过反复筛选，终于研发成功了可以“点碳成金”的新型钴元素纳米材料。这种材料只有4个原子那么厚，是由超薄层的纯钴和氧化钴、金属钴混合构成。当电流穿过这种钴纳米材料时，材料中的分子跟自由穿梭的二氧化碳分子产生互动。这会让氢原子跟二氧化碳里的碳原子结合，激发另外一个电子进入其中一个氧原子，这样二氧化碳就变成了甲酸盐。

实验室测试的结果已经确认，这种钴材料可以保持每平方厘米10毫安（甲酸盐）的稳定电流，密度达40个小时，大约90%的甲酸盐有选择性，并且过电压仅为0.24伏。这种新材料不仅能维持低过电压，达到甲酸盐高产出率，而且还能保证稳定。可以同时满足上述三个条件的材料极为罕见，并且极难发现。这一研究成果在享譽全球的英国《自然》杂志上披露后，引起了业界的强烈反响，被誉为史无前例的科学突破。

目前，这种可以“点碳成金”的钴材料研发正在向商业化迈进。相信在不久的将来，二氧化碳排放这个困扰全球的世界性难题就会迎刃而解，不仅可以带来巨大的经济效益，由此产生的社会效益将是全人类的福音。

（编辑 文 墨）endprint