二氧化碳 (CO2) 是燃烧化石燃料的产物，也是最普遍的温室气体，有可能可持续地转化回有用的燃料。将 CO2排放物转化为燃料原料的一种有前途的途径是称为电化学还原的过程。但要在商业上可行，该过程需要改进，以选择或生产更多数量的所需富碳产品。
现在，正如《自然能源》杂志报道的那样，劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)的研究人员通过开发一种新方法来改进用于辅助反应的铜催化剂的表面，从而提高了该工艺的选择性。
“虽然我们知道铜是该反应的最佳催化剂，但它对所需产物的选择性并不高，”伯克利实验室化学科学部高级科学家兼加州大学伯克利分校化学工程教授亚历克西斯贝尔说。“我们的团队发现你可以利用催化剂的当地环境做各种技巧来提供这种选择性。”
在之前的研究中，研究人员已经建立了精确的条件，为创造具有商业价值的富碳产品提供了最佳的电气和化学环境。但这些条件与使用水基导电材料的典型燃料电池中自然发生的条件相反。
为了确定可用于燃料电池水环境的设计，作为能源部液态阳光联盟能源创新中心项目的一部分，贝尔和他的团队转向了离聚物的薄层，聚合物允许某些带电分子(离子)通过而排除其他离子。由于其高度选择性的化学性质，它们特别适合对微环境产生强烈影响。
贝尔小组的博士后研究员、论文的第一作者 Chanyeon Kim 提议用两种常见的离聚物 Nafion 和 Sustainion 涂覆铜催化剂的表面。该团队假设，这样做应该会改变催化剂附近的环境——包括 pH 值以及水和 CO2 的数量——以某种方式引导反应生成富含碳的产物，这些产物可以很容易地转化为有用的化学品和液体燃料。
研究人员将每种离聚物的薄层以及两种离聚物的双层应用到由聚合物材料支撑的铜膜上，形成膜，他们可以将其插入到手型电化学电池的一端附近。在将 CO2注入电池并施加电压的同时，他们测量了流经电池的总电流。然后他们测量了在反应过程中收集在相邻水库中的气体和液体。对于两层情况，他们发现富含碳的产物占反应消耗的能量的 80%——高于未涂层情况下的 60%。
“这种夹心涂层提供了两全其美的优点：高产品选择性和高活性，”贝尔说。双层表面不仅有利于富含碳的产物，而且同时产生强电流，表明活性增加。
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