劉志堅

二氧化碳的排放已經(jīng)成為全球巨大的環(huán)保壓力。如何利用大氣中這些令人頭痛的二氧化碳，世界各國的科學(xué)家殫精竭慮幾十年，依然無法破解。直到最近中國國家物理科學(xué)實驗室的研究團(tuán)隊，終于成功研發(fā)出一種“點(diǎn)碳成金”的鈷材料，可以將二氧化碳?xì)怏w轉(zhuǎn)化為一種不會產(chǎn)生有毒副產(chǎn)物的清潔燃料——甲酸鹽。

二氧化碳是大氣的組成部分，但是隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，二氧化碳的排放量逐年增多，其產(chǎn)生的溫室效應(yīng)，導(dǎo)致海平面上升，土壤沙漠化嚴(yán)重，已經(jīng)嚴(yán)重影響人類的生存環(huán)境。盡管世界各國都在節(jié)能減排，但每年仍有大量的二氧化碳排放到大氣中。據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)統(tǒng)計，人類每年排放到大氣中的二氧化碳達(dá)到360億噸，面對這個龐大的數(shù)字，研發(fā)一種將二氧化碳轉(zhuǎn)化為有用能源的技術(shù)，成為各國科學(xué)家研究的重要課題。

經(jīng)過多年的研究探索，科學(xué)家們一致認(rèn)為二氧化碳經(jīng)過電解還原，可以生成一種新的物質(zhì)——甲酸鹽，它具有易降解、低毒性和低成本的特征。在甲酸鹽中加入鈀基催化劑后制成的甲酸燃料電池，功率為甲醇燃料電池的兩倍，是一種清潔高效的能源。同時甲酸鹽還具有不易燃燒、容易存儲和運(yùn)輸?shù)奶匦?，極具商品價值。如果這個目的達(dá)成，不僅可以有效解決環(huán)境污染問題，還可以產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

但是，在研究過程當(dāng)中，電解還原二氧化碳的過電壓數(shù)值偏高，成為一道難以逾越的屏障，因為“過電壓”是電極所維持的緩慢電化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致?lián)p失的能量。數(shù)值偏高就意味著電解過程消耗的能量比產(chǎn)生出的燃料提供的能量還要大，根本沒有經(jīng)濟(jì)效益。因此它必須保持在很小的量，才能保證有足夠高的燃料產(chǎn)生率。

位于安徽合肥的中國國家物理科學(xué)實驗室的研究團(tuán)隊，多年來一直致力于這一課題的研究，他們經(jīng)過反復(fù)篩選，終于研發(fā)成功了可以“點(diǎn)碳成金”的新型鈷元素納米材料。這種材料只有4個原子那么厚，是由超薄層的純鈷和氧化鈷、金屬鈷混合構(gòu)成。當(dāng)電流穿過這種鈷納米材料時，材料中的分子跟自由穿梭的二氧化碳分子產(chǎn)生互動。這會讓氫原子跟二氧化碳里的碳原子結(jié)合，激發(fā)另外一個電子進(jìn)入其中一個氧原子，這樣二氧化碳就變成了甲酸鹽。

實驗室測試的結(jié)果已經(jīng)確認(rèn)，這種鈷材料可以保持每平方厘米10毫安（甲酸鹽）的穩(wěn)定電流，密度達(dá)40個小時，大約90%的甲酸鹽有選擇性，并且過電壓僅為0.24伏。這種新材料不僅能維持低過電壓，達(dá)到甲酸鹽高產(chǎn)出率，而且還能保證穩(wěn)定?？梢酝瑫r滿足上述三個條件的材料極為罕見，并且極難發(fā)現(xiàn)。這一研究成果在享譽(yù)全球的英國《自然》雜志上披露后，引起了業(yè)界的強(qiáng)烈反響，被譽(yù)為史無前例的科學(xué)突破。

目前，這種可以“點(diǎn)碳成金”的鈷材料研發(fā)正在向商業(yè)化邁進(jìn)。相信在不久的將來，二氧化碳排放這個困擾全球的世界性難題就會迎刃而解，不僅可以帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，由此產(chǎn)生的社會效益將是全人類的福音。

（編輯 文 墨）endprint