美国界面科学与催化作用中心（SUNCAT）的研究人员发现了一种可改进这些转化过程中关键步骤的方法，并探索了如何将可能引起气候变化的气体转化为工业规模的有价值的产品。
大气中的二氧化碳含量目前正处于80万年来的最高峰，使之降低的方法之一是从工厂和发电厂烟囱中捕获强有力的温室气体，并利用可再生能源将其转化为我们需要的东西，Thomas Jaramillo如此认为。作为界面科学与催化作用SUNCAT中心（斯坦福大学和能源部SLAC国家加速器实验室的联合研究所）的主任，他有能力帮助实现这一目标。
SUNCAT研究的一个主要焦点是寻找将CO2转化为化学品、燃料和其它产品的方法，包括甲醇、塑料、洗涤剂和合成天然气。这些来自化石燃料成分的化学物质和材料的生产现在占全球碳排放量的10%；而汽油、柴油和喷气燃料的生产占比更高。
“我们已经排放了太多的CO2，而且还将继续排放很多年，这是因为当今世界消耗的80%的能源来自化石燃料。”新近凭借在SUNCAT的研究成果获得斯坦福大学博士学位的Stephanie Nitopi指出。
“你可以从烟囱中收集CO2并将其储存在地下，”她说，“这是目前正在使用的一种技术。另一种选择是将其作为原料制造燃料、塑料和特种化学品，从而改变经营(财务)模式。CO2废气排放现在变成了你可以回收并制造出有价值产品的资源，提供了减少释放到大气中的CO2量的新动力。这是一种双赢结果。”
相关媒体采访了Nitopi、Jaramillo、SUNCAT研究人员Christopher Hahn和博士后研究人员Lei Wang，以了解他们的工作内容及其重要性。
Q
首先是关于基础知识的问题：如何将CO2转化为其它产品？
Tom：本质它上是人工光合作用的一种形式，这就是为什么DOE的人工光合作用联合中心会为我们的工作提供资助。植物利用太阳能将空气中的CO2转化为其机体组织中的碳。同样，我们希望开发出利用可再生能源（如太阳能或风能）的技术，将CO2从工业排放物转化为碳基产品。
Chris：有一种方法叫做电化学还原CO2。即，CO2气泡在水中上升时与铜电极表面的水发生反应。铜起催化剂的作用，以促进其反应的方式使各种化学成分结合在一起。简单地说，最初的反应将一个氧原子从CO2中分离出来，形成CO（一氧化碳），CO本身就是一种重要的工业化学物质。然后，通过其它电化学反应将CO转化成重要的分子，如醇类、燃料和其它物质。
目前，这一过程需要一种铜基催化剂——这是已知唯一可用的催化剂。但是这些反应会产生多种多样的产品，而要分离出所需产品代价不菲，因此我们需要确定能够引导反应，使之只产生所需产品的新催化剂。
Q
为什么会这样？
Lei：谈到提高催化剂的性能，我们关注的一个关键问题是如何使催化剂更具选择性，从而让它们只生成一种产品，而不生成其它产品。大约90%的燃料和化工生产依赖于催化剂，而去除不需要的副产品在成本中占很大比重。
我们还研究了如何通过增大催化剂的表面积来提高其效率，这会使给定体积内的材料中有很多地方可以同时发生反应，从而提高生产率。
最近，我们发现了一件令人惊讶的事情——当我们将铜基催化剂制成片状的“纳米花”形状以增大其表面积时，反应变得更高效且选择性更强。事实上，几乎没有产生可以测量出的副产品氢气。因此，它提供了一种调整反应的方法，使之更具选择性和成本竞争力。
我们试图弄清楚是什么使铜变得特别，为什么铜是制造其中某些有趣产品的唯一催化剂，以及如何能让铜变得更高效和更具选择性——到底是什么机理推动了它起作用？我们还提出了对于前景看好的研究方向的一些看法。
我们的一个结论证实了早期研究的结果，即可以利用铜催化剂的表面积来提高反应的选择性和总体效率。因此，这是一个非常值得考虑的化学品生产战略。
Q
这种方法还有其它优势吗？
Tom：当然有。如果我们利用清洁的可再生能源，如风能或太阳能，进行从CO2废气向广泛的其它产品的受控转化，实际上便会降低大气中的CO2含量，这正是我们为避免全球气候变化最不利影响而必须采取的措施。
Chris：当使用可再生能源将CO2转化为燃料时，我们将可再生能源的可变能量以一种随时可用的形式储存。此外，在合适的催化剂作用下，这些反应可以在接近室温的情况下进行，而非目前经常要求的高温和高压，这使它们更具能源效率。
Q
这距离实现还有多远？
Tom：我和Chris在最近发表在Science上的一篇前瞻性 章中探讨了这个问题，此 由我们与来自多伦多大学和TOTAL American Services（一家石油天然气勘探与生产服务公司）的研究人员共同撰写而成。
我们的结论是，可再生能源价格必须降到4美分/千瓦时以下，系统需要将输入的电力以至少60%的效率转换成化工产品，该方法才在经济上与当今其它方法有优势。
Chris：这种转变不可能一下子发生，因为化学工业太庞大、太复杂了。因此，一种方法是从生产高价值、高产量的产品如乙烯开始，它用于制造醇类、聚酯、防冻剂、塑料和合成橡胶，目前全球市场规模达2300亿美元。从以化石燃料转变为以CO2作为乙烯的初始成分的以可再生能源驱动的过程中，每年可减少相当于约8.6亿公吨的CO2排放量。
-编译：荣格
-排版：Erica
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