合成碳氢化合物的新方法可以减少化学制造的二氧化碳排放和斜杠成本

通过将分子转化为一氧化碳（CO）来除去二氧化碳（CO2）的新型室温过程的插图。纳米方法而不是使用热量，纳米级方法依赖于来自表面等离子体（紫色色调）的能量，当电子（垂直梁）击中依次在石墨上的铝纳米颗粒时，碳的铝纳米颗粒。在石墨的存在下，通过源自等离子体的能量，将二氧化碳分子（黑点粘合到两个红色点）转化为一氧化碳（黑点键合到一个红色点。紫色球体下的孔表示在化学反应CO 2 + C = 2CO期间蚀刻的石墨。

国家标准与技术研究所（NIST）及其同事展示了一个室温方法，可以显着降低化石 - 燃料发电机排气中的二氧化碳水平，是大气中的主要碳排放的主要源。

虽然研究人员在小规模中展示了这种方法，但是具有仅限纳米的尺寸（亿米）的尺寸，但它们已经提出了用于缩放方法的概念并使其对现实世界的应用实用。

除了提供潜在的缓解气候变化影响的潜在新方法，科学家们所采用的化学过程还可以降低生产液体烃和行业所使用的其他化学品的成本和能源要求。这是因为方法的副产品包括用于合成甲烷，乙醇和其他用于工业加工的碳基化合物的结构块。

该团队从纳米线中敲击了新型能源，以引发磨削的磨削化学反应，消除二氧化碳。在该反应中，固体碳锁存在二氧化碳气体中的一种氧原子上，将其减少到一氧化碳中。转换通常需要高热的形式的大量能量 - 温度为至少700摄氏度，足够热以在正常大气压下熔化铝。

该团队依赖于从电动波浪收获的能量而不是加热，称为局部表面等离子体（LSP），该铝纳米粒子冲浪。通过将具有可调节直径的电子束促进纳米颗粒，该团队通过激励纳米颗粒触发LSP振荡。狭窄的光束，大约纳米直径，轰动磷酸铝纳米颗粒，而在一大组纳米粒子中较宽产生的LSP大约一千倍。

在球队的实验中，将铝纳米粒子沉积在石墨层上，碳形式。这允许纳米颗粒将LSP能量转移到石墨中。在将团队注入系统中的二氧化碳气体存在下，石墨服务于将磷脂原子从二氧化碳拔出，将其降低到一氧化碳中的作用。将铝纳米颗粒保持在室温下。通过这种方式，该团队完成了一个重大壮举：摆脱二氧化碳，无需高温源。

以前去除二氧化碳的方法取得了有限的成功，因为这些技术需要高温或压力，所用昂贵的贵金属，或效率差。相比之下，LSP方法不仅可以节省能量，而且使用铝，廉价和丰富的金属。

NISS研究人员仁鲁·沙姆纳表示，虽然LSP反应产生有毒气体 - 一氧化碳 - 金属易于与氢气组合以产生必需的烃类化合物，例如甲烷和乙醇，其常用于工业中。

她和她的同事包括来自大学公园和Denssolutions的马里兰州大学的科学家，荷兰代表团在自然材料

“我们首次展示了这种二氧化碳反应，否则只能在700摄氏度或更高的时间内发生，可以在室温下使用LSP触发，”NIST和马里兰大学的研究员Canhui Wang表示。

研究人员选择了电子束来激发LSP，因为该光束也可以用于系统中的图像结构，只需几亿米。这使团队能够估计已删除了多少二氧化碳。他们使用透射电子显微镜（TEM）研究了该系统。

因为二氧化碳浓度和实验的反应体积都很小，但该团队必须采取特殊步骤直接测量产生的一氧化碳量。它们通过从TEM耦合到气相色谱仪质谱仪来实现，使团队能够测量每百万浓度的二氧化碳浓度。

Sharma和她的同事还使用了电子束产​​生的图像来测量在实验期间蚀刻蚀刻的石墨的量，这是一种被带走多少二氧化碳的代理。他们发现，在气电池支架出口处测量的一氧化碳与二氧化碳的比例随着通过蚀刻除去的碳量而被线性地增加。

用电子束成像也证实大部分碳蚀刻 - 在铝纳米粒子附近发生二氧化碳减少的代理。额外的研究表明，当实验中没有铝纳米颗粒时，蚀刻仅蚀刻大约17份。

由电子束的大小限制，团队的实验系统很小，仅15至20纳米（小病毒的大小）。

王说，扩大系统可以从商业发电厂的排气中除去二氧化碳，这是比电子束更好地选择，以激发LSP的电子束。Sharma提出透明外壳，含有松散包装的碳和铝纳米粒子的含量可以放在发电厂的烟囱上。撞击电网的一系列光束将激活LSP。当排气通过装置时，纳米颗粒中的光激活的LSP将提供能量以除去二氧化碳。

该团队注意到，应均匀地分布可商购的铝纳米颗粒，以最大化与碳源和进入二氧化碳的接触。

新工作还表明，LSP为其他化学反应提供了一种方法，现在需要大量输注能量，以使用等离子体纳米颗粒在普通温度和压力下进行。

“二氧化碳减少是一个大不了的大问题，但这将是一个更大的交易，节省了巨大的能量，如果我们在室温下开始做多种的化学反应，现在需要加热，”Sharma说。

参考：CANHUI Wang，Wei-Chang D. Yang，David Raciti，Alina Bruma，Ronald Marx，Amit Agrawa，Notiply Material.doi：
10.1038 / s41563-020-00851-x