最新開發的催化劑，可將溫室氣體再迴圈為可用於燃料、氫氣和其他化學物質的成分。圖片：南韓科學技術高等研究院（KAIST）

科學家們已經通過開發一種持久、經濟的催化劑，朝著迴圈碳經濟邁出了重要的一步，該催化劑將溫室氣體再迴圈為可用於燃料、氫氣和其他化學物質的成分。研究人員稱，在逆轉全球變暖的努力中，這一結果可能是革命性的。該研究於2月14日發表在《科學》雜誌上。

“我們的目標是開發一種可以轉換大量的溫室氣體：二氧化碳和甲烷的長期有效催化劑。” 論文作者卡弗·T·亞武茲（Cafer T. Yavuz）說，他是及在KAIST化學和生物分子工程學副教授。

該催化劑由廉價且豐富的鎳、鎂和鉬製成，可引發並加快將二氧化碳和甲烷轉化為氫氣的反應速率。催化劑在每小時每單位品質催化劑60升的反應性氣流下以超過60升的速度連續執行850小時以上，沒有發現焦化現象。

這種轉換稱為“乾重整”，處理諸如二氧化碳之類的有害氣體以產生更多有用的化學物質，這些化學物質可以精煉用於燃料、塑料甚至藥物。這是一個有效的過程，但是以前需要稀有且昂貴的金屬（例如鉑和銠）來引發短暫而且低效的化學反應。

其他研究人員此前曾提出將鎳作為一種更經濟的解決方案，但會生成碳副產物，並且表面奈米粒子會在便宜的金屬上結合在一起，從根本上改變了催化劑的組成和幾何形狀，並使其變得無用。

亞武茲說：“困難在於缺乏對龐大催化劑表面活性位點的控制，因為任何精煉方法也會改變催化劑本身的性質。”

研究人員在還原環境下，在單晶氧化鎂的存在下，生產了鎳鉬奈米粒子。當成分在反應氣體下加熱時，奈米粒子在原始晶體表面移動，尋找錨點。所得的活化催化劑密封了其自身的高能活性位點，並永久固定了奈米顆粒的位置，這意味著鎳基催化劑將不會積碳，而且表面粒子也不會彼此結合。

KAIST化學與生物分子工程學系的研究生，第一作者宋永東（Youngdong Song）說：“我們花了將近一年的時間才了解其基本機理。當我們詳細研究了所有化學事件，我們被驚呆了。”

研究人員將其稱為單晶邊緣的催化劑奈米催化劑（NOSCE）。氧化鎂奈米粉來自精細結構形式的氧化鎂，其中分子連續結合到邊緣。表面沒有斷裂或缺陷，可進行均勻且可預測的反應。

亞武茲說：“我們的研究解決了催化劑行業面臨的許多挑戰。我們相信，NOSCE機制將改善其他低效的催化反應，並進一步節省溫室氣體的排放。”