众所周知，温室气体(如二氧化碳 (CO2))在大气中的积累会导致气候变化。因此，CO2捕获和回收对于减轻有害环境影响和解决气候危机至关重要。最近，来自日本的研究人员设计了一种聚合物涂层金属催化剂，可加速 CO2转化并提供绿色能源见解。
在ACS Catalysis 上发表的一项研究中，筑波大学的研究人员描述了涂有聚乙二醇 (PEG) 的多孔锡 (Sn) 催化剂，并展示了这种聚合物如何促进 CO2转化为有用的碳基燃料。
各种聚合物可以捕获 CO2分子，并且已知 Sn 催化剂可以将 CO2还原为其他分子，例如甲酸盐 (HCOO-)，可重新用于为燃料电池供电。
“我们有兴趣将这些功能结合到一个单一的催化系统中，该系统可以从周围环境中清除 CO2并将其回收成甲酸盐，”研究小组负责人 Yoshikazu Ito 教授说。“但是，很难以高生产率和高收率仅获得所需的产品甲酸盐，因此我们必须微调催化剂设计。”
PEG 包覆锡的甲酸盐产率是传统锡板电极的 24 倍，且未检测到副产物(甲酸盐产率 >99%)。为了理解这种增强的 CO2还原反应，研究人员制造了一种涂有另一种 CO2捕获聚合物(聚乙烯亚胺;PEI)的 Sn 催化剂，该聚合物的结构与进入的 CO2相互作用不同。PEG 包覆的 Sn 仍然优于 PEI 包覆的 Sn，考虑到这些聚合物的化学特性，作者提出 PEI 将 CO2分子固定得太紧，而 PEG 在捕获 CO2并将其释放到催化 Sn 核。
“使用理论计算对该反应进行建模证实了 PEG 将 CO2穿梭到 Sn 中心的有利性，并解释了加速的甲酸盐生产，”博士生 Samuel Jeong 解释说。“然而，我们想进一步阐明 PEG-CO2相互作用。”
更详细的计算表明，虽然没有聚合物限制了 Sn 催化剂的 CO2捕获能力，但过密的 PEG 层会抑制 CO2转移到金属表面，从而减少甲酸盐的产生。因此，完整但相对稀疏的 PEG 层对于将 CO2漏斗到 Sn是最佳的，同时保持富含CO2 的环境并防止副产物释放。
“减少、再利用、再循环”的口号不再仅指一次性塑料。Ito 及其同事报道的简单催化剂涂层技术可用于开发系统，将 CO2有效回收成有用的化合物，如甲酸盐，可为提供绿色电力的燃料电池设备提供动力。
