合成生物学！将二氧化碳转化为甲酸

时间：2022-07-26 10:22:18 来源：网络整理

温室效应，碳达峰，碳中和。。。大气中不断上升的二氧化碳含量及其对全球变暖的贡献现在已经是司空见惯的新闻了。将大气中多余的二氧化碳转化为富含能量的化学物质，是有效的解决方案，是当今研究人员的热门研究方向。

在阳光下通过光还原二氧化碳来生产甲酸(HCOOH)等燃料引起了广泛关注，因为这一过程可以获得双重好处：它可以减少二氧化碳的过量排放，也有助于解决我们目前面临的能源短缺问题。甲酸(HCOOH)是一种优良的能量密度高的氢载体，可以通过燃烧提供能量，同时只释放出水和二氧化碳作为副产品。

为了将这一有利可图的解决方案变为现实，科学家们开发了光催化系统，可以在阳光的帮助下减少二氧化碳。这种系统由吸光衬底(即光敏剂)和催化剂组成，这种催化剂能够实现将二氧化碳转化为甲酸(HCOOH)所需的多电子转移。并由此开始寻找一种合适而高效的催化剂!

固体催化剂被认为是这项任务的最佳候选，因为它们的效率和潜在的可回收性。多年来，许多钴、锰、镍和铁基金属有机框架(MOFs)的催化能力已经被探索，后者比其他金属有一些优势。然而，目前报道的大多数铁基催化剂的主要产物都是一氧化碳，而不是羟基。

然而，这个问题很快就被东京工业大学的前田和彦教授领导的研究小组解决了。在最近发表在《Angewandte Chemie》上的一项研究中，该团队提出了一种氧化铝(Al2O3)负载的铁基催化剂，使用了α-铁(III)氢氧化物(α-FeOOH; geothite)。新的α-FeOOH/Al2O3催化剂表现出优异的CO2向HCOOH催化性能，并具有良好的可回收性。当被问及他们选择的催化剂时，Maeda教授说，“我们想在二氧化碳光还原系统中探索更丰富的元素作为催化剂。我们需要一种有活性、可回收、无毒、廉价的固体催化剂，这就是为什么我们选择针铁矿等广泛存在的土壤矿物进行实验。”

研究小组采用了一种简单的浸渍法来合成催化剂。然后，在室温下，在钌基光敏剂、电子供体和波长超过400纳米的可见光的存在下，他们使用负载铁的Al2O3材料进行光催化还原二氧化碳。结果相当令人鼓舞;他们的体系对主要产物HCOOH有80-90%的选择性，量子产率为4.3%(表明系统的效率)。

这项研究首次提出了一种铁基固体催化剂伴随有效的光敏剂时，可以生成甲酸。探讨了适当载体材料(Al2O3)的重要性及其对光化学还原反应的影响。

这项研究可以帮助开发新的不含贵金属的催化剂，从而将二氧化碳光还原为其他有用的化学物质。“我们的研究表明，通往绿色能源经济的道路并不复杂。即使采用简单的催化剂制备方法也可以获得巨大的结果，众所周知，地球上丰富的化合物可以作为选择性催化剂来减少二氧化碳。”Maeda教授总结道。

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