利用“缺陷”：科学家获大幅提升碳循环利用效率的新途径

大气中二氧化碳浓度过高，是全球气候温室效应的重要影响因素。如何降低、捕获和利用大气中的二氧化碳量，是科学界研究的重要课题。4日，记者从中南大学获悉，该校刘敏教授团队和加拿大Edward Sargent教授、台湾科技大学黄炳照教授等团队合作，首次从金属量子点中“捕获”二氧化碳，使二氧化碳还原效率提升200%以上，大大提升了碳循环利用效率。相关成果日前发表于国际著名学术期刊《焦耳》上。

图片为从量子点半导体出发，通过原位电化学还原得到具高比例金属空位的金属量子点。

据悉，利用电化学还原，在温和可控的条件下，将二氧化碳还原为有用的碳氢燃料和化学品，是“捕获”大气中二氧化碳，解决其循环利用的有效途径。然而，这一途径的实现，却受限于催化剂难觅之困。

图为原位还原得到的金属量子点高分辨球差透射电镜图片，及其相应的傅里叶转换图片。

通讯作者刘敏介绍，有一类名为“量子点”的重要低维半导体材料，其含有大量可导致光电性能下降的“缺陷点位”。这些“缺陷”，恰好能改善催化剂活性。只是，这种特性很难在常规金属催化剂中被利用。此次，三方团队合作，通过将硫化物量子点原位电化学还原，实现了高倍率金属空位量子点的制备，并将其应用在了二氧化碳还原领域。这种量子点衍生的催化剂，保持了3-5纳米的尺寸大小，但其金属空位高达20%，并在金属量子点中呈现良好的原子级分散，从而为二氧化碳还原反应提供了合适的原子结构与电子结构。在数百小时的二氧化碳还原反应中，它均保持了良好的催化活性，性能超出现有催化剂两倍以上。此外，通过验证，该类催化剂在多种金属，如金、银、铜、铅等中均有良好普适性，这有望在二氧化碳循环利用中带来巨大的潜在应用。