我國科學家成功將二氧化碳變成天然氣，能源危機能得到解決嗎?

空氣中含有巨量的二氧化碳（CO2），而且隨著人類對化石燃料的應用，空氣中的二氧化碳含量逐年升高，因此也帶來了溫室效應。

如果能將二氧化碳轉化成碳氫化合物燃料，將有助于減少人類對化石燃料的依賴，使用太陽光驅動的光催化劑可以將二氧化碳還原成其他產物，然而，不幸的是，二氧化碳的分子結構非常穩定，其碳氧鍵解離能高達C=O解離能高達750kJ/mol，因此二氧化碳的光還原非常困難和復雜。

2019年7月22日，中國科學技術大學孫永福和謝毅團隊在 Nature 子刊 Nature Energy 雜志（IF=54）發表了題為：Selective visible-light-driven photocatalytic CO2 reduction to CH4 mediated by atomically thin CuIn5S8 layers 的研究論文。

該研究開發了單原子層薄的的CuIn5S8層催化劑，成功將二氧化碳（CO2）光催化還原生產甲烷（CH4），且催化產物產物單一性接近100%。

CO2光還原通常會產生大量副產物，因此CO2光還原的一個重大挑戰是在保持高轉換效率的同時實現對單一產物的選擇性。所以通過仔細的催化劑設計控制在催化劑表面上形成的反應中間體是至關重要的。

為了進一步優化研究模型，研究人員構建了原子級薄的二維（2D）層，以最大化雙金屬位點的數量（因為每單位質量的2D層的表面積更大）。

在這項研究中，研究人員設計了，單原子層薄的的CuIn5S8層，其中含有富含電荷的Cu-In雙重位點，這對于從二氧化碳（CO2）光催化還原生產甲烷（CH4）具有高度選擇性。因為Cu-In雙位點形成高度穩定的Cu-C-O-In中間體是決定選擇性的關鍵特征。

穩定的反應中間體的形成有利于隨后的質子化形成烴物質而不是CO分子的產生，因此最終賦予所需的反應選擇性。

這種配置不僅降低了整體解離能障礙，而且還將吸收質子化步驟轉化為放熱反應過程，從而改變反應途徑形成甲烷CH4而不是一氧化碳CO。

單原子層CuIn5S8對可見光驅動的CO2還原為CH4的選擇性接近100％，速率達到8.7μmol/g/h。

這一技術發展成熟后，將為節能減排、緩解全球變暖，以及減少人類對化石能源的依賴等找到新的解決方式。

厲害了！我國科學家成功將二氧化碳變成天然氣，有望解決能源危機

近些年來，伴隨著人類經濟的發展，工業排放出來的溫室氣體增多，地球植被面積卻在不斷減少，導致了大氣中二氧化碳含量的急劇上升，隨之而來的全球變暖也成為了國際上熱切關注的話題，再加上世界人口的急劇增長，地球的資源也正在面臨著枯竭的危機。如果能將過多的二氧化碳轉化為人類所需要的資源，未免不是一舉兩得的事，但是這種轉化過程卻是非常挑戰科學家們的水平，二氧化碳之所以能夠大量存在于空氣中，是因為其分子結構非常穩定，碳氧鍵解離能高達C=O解離能高達750kJ/mol，想要讓二氧化碳發生反應，是一件非常難的事，這對于科學家來說是一項很大的技術挑戰。

可喜可賀的是，中國科學家在這方面有了新的突破，近期，題為：Selective visible-light-driven photocatalytic CO2 reduction to CH4 mediated by atomically thin CuIn5S8 layers 的研究論文在 國際著名雜志Nature 子刊 Nature Energy 雜志（IF=54）發表，其研究主力是來自中國科學技術大學的孫永福和謝毅及其團隊，他們在CO2光還原的方面取得了新的進展。

該團隊開發了一種催化劑，單原子層薄的CuIn5S8層催化劑，將二氧化碳進行還原反應，拆分并保留原來的原子成分，最終形成新的物質甲烷（CH4),其最終的產物純凈度幾乎達到100?甲烷是人們重要的燃料之一，如果這種技術能被廣泛運用，可以說是解決了資源短缺這一大難題。

這次還原反應還有一個難點則是在于如何保證最終產物的單一性。CO2的光還原會產生大量的副產物，在還原過程中，必須保持高效率的還原速率，還需要保證控制產物的純度，這對于反應中催化劑的控制則提出了很高的技術要求。

單原子層CuIn5S8對可見光驅動的CO2還原為CH4有著高的選擇性，幾乎接近100％，速率達到8.7μmol/g/h。甲烷（CH4）屬于典型的烷烴類物質，而穩定的反應中間體有利于這種物質的形成，并不是轉化為一氧化碳（CO）。這種二氧化碳還原技術不僅僅是降低了整體的解離障礙，并且還從很大程度上保證了最終產物的單一性。

該項技術目前也還處于研發階段，如果能夠成熟并且被廣泛運用，這不僅僅是在應對全球氣候異常的現象上，還是在緩解地球資源短缺的問題中，都起到了很大的幫助作用。

西班牙加泰羅尼亞化學研究學院公布了一項最新技術，僅僅通過一個步驟，成功將二氧化碳轉化為化工業燃料甲醇，這項技術如投入工業實用不但可緩解困擾全球的溫室效應，同時還可能解決國際能源危機。

西班牙加泰羅尼亞化學研究學院是在美國業內權威期刊《催化學報》上刊登這一最新研究成果的。據介紹，該學院研究小組在高壓條件下對二氧化碳進行催化加氫，僅僅一個步驟之后，95%的二氧化碳就可以成功轉化為甲醇。而甲醇則是化工行業中重要的燃料，可以直接轉化為電力能源。目前，加泰羅尼亞化學研究學院已就此項技術申請了專利。

據分析，西班牙科學家發現的這項最新技術將為遏制全球氣候變化起到關鍵作用，有可能成為控制和降低大氣層中二氧化碳含量的主要途徑，而最終產生的甲醇作為電力來源將為解決能源危機做出重要貢獻。此外，世界氣象組織在其最新報告中指出，目前二氧化碳全球排放量仍在不斷上升并再次刷新歷史記錄。隨著溫室效應日益嚴重，全球氣候變化現象在接下來的幾年里將愈演愈烈，將會出現更多的極端天氣。

如果能將二氧化碳轉化成碳氫化合物燃料，將有助于減少人類對化石燃料的依賴，使用太陽光驅動的光催化劑可以將二氧化碳還原成其他產物，然而，不幸的是，二氧化碳的分子結構非常穩定，其碳氧鍵解離能高達C=O解離能高達750kJ/mol，因此二氧化碳的光還原非常困難和復雜

二氧化碳變成天然氣難道不消耗能源嗎？除非你轉變所需的能量少于天然氣燃燒釋放的能量，不然等于零。只能說對全球變暖有緩解作用。