将二氧化碳变成纳米材料

摘要

由于人类活动造成的大气中二氧化碳浓度增加,温室效应加剧,许多研究人员试图将大气中的二氧化碳转化为其他材料。最近,来自美国的一个研究小组成功通过简便易行的方法将二氧化碳转化为碳纳米纤维,为缓解全球变暖提供了新的解决方案。

由于人类活动造成的大气中二氧化碳浓度增加,温室效应加剧,许多研究人员尝试将大气中的二氧化碳转化为其他材料。最近,来自美国的一个研究小组成功通过简便易行的方法将二氧化碳转化为碳纳米纤维,为缓解全球变暖提供了新的解决方案。

电子显微镜下看到的又二氧化碳转化而来的碳纳米纤维(来源:http://phys.org/news/2015-08-diamonds-sky-approach-co2-valuable.html)

电子显微镜下看到的又二氧化碳转化而来的碳纳米纤维(来源:http://phys.org/news/2015-08-diamonds-sky-approach-co2-valuable.html)

碳纳米纤维是由石墨片层卷曲而成的纳米尺度纤维状材料,其结构介于碳纳米管和普通碳纤维之间,在复合材料、催化等许多领域都有着重要的应用,但目前的生产技术费时费力。由美国乔治·华盛顿大学Stuart Licht教授领导的研究小组成功利用简便的电化学方法将二氧化碳转化为碳纳米纤维。他们首先将碳酸锂加热到其熔点(723摄氏度)以上使其处于熔融状态,再接通电路对碳酸锂进行电解。电解得到的产物是氧化锂、氧气和以碳纳米纤维形式沉积到金属电极上的碳单质。随后氧化锂与空气中的二氧化碳结合重新生成碳酸锂,随即被电解,总的结果就是将空气中的二氧化碳转化为碳纳米纤维。

科技快讯20150819附图-2

 

实际上人们早就发现电解熔融的碳酸锂可以得到碳的单质,但此前这一过程得到的都是处于无定形形态的碳单质,实际应用中的意义不大,而Licht教授领导的研究小组通过改变电极材料和反应条件,成功使得大部分电解得到的碳以碳纳米纤维形式析出。值得一提的是,Licht教授此前开发了一种名为STEP的太阳能技术,这种技术将太阳能热能和太阳能电池有机结合起来,直接利用太阳能电解不同的材料,从而节约了宝贵的能源。此次他们同样使用了这一技术将二氧化碳转化为碳纳米纤维。由于整个过程简便易行且成本不高,而得到的又是高附加值的产品,Licht教授戏称这一方法是“天上掉钻石”。

这一研究成果无疑为利用大气中的二氧化碳从而减轻温室效应提供了新的解决方案,Licht教授甚至乐观地估计,只要将撒哈拉沙漠的10%的面积铺满他开发的装置,10年之后,大气中的二氧化碳浓度就能降低至工业化之前的水平。当然,其他业内人士提醒,这一方法要想真正投入应用,仍然有一些重要的技术问题需要解决。不过即便如此,一些业内人士仍然表示,这一结果相当令人振奋。

报道:A carbon capture strategy that pays

论文:One-Pot Synthesis of Carbon Nanofibers from CO2

编译:嵌段共聚物

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