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新加坡國(guó)立大學(xué)科學(xué)家在銅催化劑上涂覆了一層厚度僅2至5納米的生物聚合物薄膜，從而使二氧化碳轉(zhuǎn)化為乙烯等高價(jià)值燃料過(guò)程變得更加高效、環(huán)保。相關(guān)論文發(fā)表于新一期《自然·能源》雜志。

電化學(xué)二氧化碳還原，是指利用電能將二氧化碳轉(zhuǎn)化為富含碳的高附加值化學(xué)品或燃料（如乙醇、乙烯）的過(guò)程。它既是實(shí)現(xiàn)碳中和的關(guān)鍵技術(shù)，也有助于可再生能源的存儲(chǔ)。銅是目前最常見、最有效的催化劑。

然而，要讓銅主要生成多碳產(chǎn)物而非簡(jiǎn)單的氫氣，必須精細(xì)調(diào)控催化劑表面的化學(xué)環(huán)境，通常需要添加Nafion等全氟和多氟烷基物質(zhì)。但添加的這種物質(zhì)是一種“永久性化學(xué)物質(zhì)”，與免疫力下降、某些癌癥風(fēng)險(xiǎn)增加等健康問(wèn)題相關(guān)。

最新研究證明，這些來(lái)自海鮮殼、木材等生物廢物的生物聚合物涂層通過(guò)一種截然不同的機(jī)制，達(dá)到了同樣效果。借助先進(jìn)的光譜技術(shù)和計(jì)算模型，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)涂層能將二氧化碳富集在催化劑表面，限制水的運(yùn)動(dòng)以抑制副反應(yīng)，同時(shí)促進(jìn)離子高效傳輸。這些因素共同抑制了氫氣的生成，轉(zhuǎn)而有利于乙烯、乙醇等高價(jià)值產(chǎn)物的形成。

團(tuán)隊(duì)表示，這項(xiàng)研究不僅展示了改善電化學(xué)二氧化碳還原的新途徑，還表明，那些依賴永久性化學(xué)物質(zhì)的技術(shù)，有望被來(lái)源于海鮮殼、昆蟲外骨骼、木材或枯葉的纖維素、甲殼素和殼聚糖所取代。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，采用新型纖維素涂層后，在1.6安培/平方厘米的電流密度下，多碳產(chǎn)物的產(chǎn)率高達(dá)95%；即使在2.2安培/平方厘米的高電流密度下（反應(yīng)速度更快，但副產(chǎn)物氫氣也會(huì)增多），多碳產(chǎn)物的產(chǎn)率仍能保持在83%。這說(shuō)明生物聚合物涂層在工業(yè)級(jí)苛刻條件下依然表現(xiàn)出色。

此外，生物聚合物完全可替代Nafion。按重量計(jì)算，優(yōu)質(zhì)殼聚糖的價(jià)格僅為Nafion的千分之一。若將該技術(shù)規(guī)?；型蠓?jié)約成本。