减少、再利用、再循环不再仅指一次性塑料,聚合物涂层可加速 CO 2转化

众所周知，温室气体如二氧化碳 (CO 2 )在大气中的积累会导致气候变化。因此，CO 2捕获和回收对于减轻有害环境影响和解决气候危机至关重要。最近，来自日本的研究人员设计了一种聚合物涂层金属催化剂，可加速 CO 2转化并提供绿色能源见解。

在ACS Catalysis 上发表的一项研究中，筑波大学的研究人员描述了涂有聚乙二醇(PEG) 的多孔锡 (Sn) 催化剂，并展示了这种聚合物如何促进 CO 2转化为有用的碳基燃料。

各种聚合物可以捕获 CO 2分子，并且已知 Sn 催化剂可以将 CO 2还原为其他分子，例如甲酸盐 (HCOO-)，可重新用于为燃料电池供电。

我们有兴趣将这些功能结合到一个单一的催化系统中，该系统可以从周围环境中清除 CO 2并将其回收成甲酸盐，研究小组负责人 Yoshikazu Ito 教授说，但是，很难以高产率和高产率仅获得所需的产品甲酸盐，因此我们必须对催化剂设计进行微调。PEG 包覆锡的甲酸盐产率是传统锡板电极的 24 倍，且未检测到副产物（甲酸盐产率 >99%）。为了理解这种增强的 CO 2还原反应，研究人员制造了一种涂有另一种 CO 2的 Sn 催化剂- 捕获聚合物（聚乙烯亚胺；PEI），其结构与进入的 CO 2 的相互作用不同。PEG 包覆的 Sn 仍然优于 PEI 包覆的 Sn，考虑到这些聚合物的化学特性，作者提出 PEI 将 CO 2分子固定得太紧，而 PEG 在捕获 CO 2并将其释放到催化 Sn 核。

使用理论计算对该反应进行建模证实了 PEG 将 CO 2穿梭到 Sn 中心的有利性，并解释了加速的甲酸盐生产，博士解释说，然而，我们想进一步阐明 PEG-CO 2相互作用。

更详细的计算表明，虽然没有聚合物限制了 Sn 催化剂的 CO 2捕获能力，但过密的 PEG 层会抑制 CO 2转移到金属表面，从而减少甲酸盐的产生。因此，完整但相对稀疏的 PEG 层对于将 CO 2漏斗到 Sn是最佳的，同时保持富含CO 2 的环境并防止副产物释放。

减少、再利用、再循环的口号不再仅指一次性塑料。Ito 及其同事报道的简单催化剂涂层技术可用于开发系统，将 CO 2有效回收成有用的化合物，如甲酸盐，可为提供绿色电力的燃料电池设备提供动力。