“點碳成金”的鈷材料

劉志堅

二氧化碳的排放已經成為全球巨大的環保壓力。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實驗室的研究團隊，終于成功研發出一種“點碳成金”的鈷材料，可以將二氧化碳氣體轉化為一種不會產生有毒副產物的清潔燃料——甲酸鹽。

二氧化碳是大氣的組成部分，但是隨著全球經濟的發展，二氧化碳的排放量逐年增多，其產生的溫室效應，導致海平面上升，土壤沙漠化嚴重，已經嚴重影響人類的生存環境。盡管世界各國都在節能減排，但每年仍有大量的二氧化碳排放到大氣中。據權威機構統計，人類每年排放到大氣中的二氧化碳達到360億噸，面對這個龐大的數字，研發一種將二氧化碳轉化為有用能源的技術，成為各國科學家研究的重要課題。

經過多年的研究探索，科學家們一致認為二氧化碳經過電解還原，可以生成一種新的物質——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、容易存儲和運輸的特性，極具商品價值。如果這個目的達成，不僅可以有效解決環境污染問題，還可以產生巨大的經濟效益。

但是，在研究過程當中，電解還原二氧化碳的過電壓數值偏高，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反應導致損失的能量。數值偏高就意味著電解過程消耗的能量比產生出的燃料提供的能量還要大，根本沒有經濟效益。因此它必須保持在很小的量，才能保證有足夠高的燃料產生率。

位于安徽合肥的中國國家物理科學實驗室的研究團隊，多年來一直致力于這一課題的研究，他們經過反復篩選，終于研發成功了可以“點碳成金”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、金屬鈷混合構成。當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生互動。這會讓氫原子跟二氧化碳里的碳原子結合，激發另外一個電子進入其中一個氧原子，這樣二氧化碳就變成了甲酸鹽。

實驗室測試的結果已經確認，這種鈷材料可以保持每平方厘米10毫安（甲酸鹽）的穩定電流，密度達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，達到甲酸鹽高產出率，而且還能保證穩定。可以同時滿足上述三個條件的材料極為罕見，并且極難發現。這一研究成果在享譽全球的英國《自然》雜志上披露后，引起了業界的強烈反響，被譽為史無前例的科學突破。

目前，這種可以“點碳成金”的鈷材料研發正在向商業化邁進。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濟效益，由此產生的社會效益將是全人類的福音。

（編輯 文 墨）endprint