銅奈米結構可提高液體燃料產量

美國科學家最近提出了一種以銅奈米微晶(nanocrystalline)為基礎的新型觸媒，該觸媒能透過電化學效應，以前所未有的效率將一氧化碳和水轉換成乙醇(ethanol)。這項研究成果對於利用液體燃料來儲存再生能源，可能有重大的影響。

要利用二氧化碳生產乙醇，目前只有綠色植物能辦到，但此過程受限於光合作用的效率。領導史丹佛大學團隊進行這項研究的Matthew Kana指出，他們的構想是一條兩階段的電化學合成路徑，可使用太陽電池或風力發電機提供的任何再生電力，從CO₂中產生液體燃料。第一階段是能將CO₂轉換至CO的電化學電池，第二階段則採用以氧衍生的銅奈米微晶為陰極的電池，將CO轉換為乙醇。

雖然有許多觸媒都能將CO₂轉換為CO，在以水為氫來源的條件下，能從CO產生乙醇的觸媒並不多；銅是目前已知能驅動第二步驟的唯一物質。但在這項研究之前，尚未有銅基物質能透過電化學反應以合理的效率將CO轉換成乙醇。Kanan表示，雖然他們的觸媒還需要進一步改進，但實驗證實這種兩階段從CO₂製造液體乙醇的方法是可行的。以太陽電池驅動為例，雖然該裝置還未經優化，但使用這種觸媒的電化學電池已經能提供非常高的整體光-乙醇轉換效率。

這種銅奈米微晶觸媒是由奈米微晶形成連續網路所組成。目前大多數奈米觸媒研究都專注於金屬奈米微粒，史丹佛團隊卻發現奈米微晶材料展現出比一般奈米微粒更優秀的催化性質。這項研究使用再生能源將CO₂與水轉換成液體燃料，換言之，往後再生能源可以儲存起來，不需要立刻使用。

Kanan表示，該團隊目前正在使用不同的晶粒邊界與摻雜原子，來製備該觸媒的變體，希望能夠進一步提高其活性。他們也正努力將這些觸媒納入能生產更多燃料的電化學電池中。詳見Nature 508,504–507(2014)。